Sirwan Farhadi

The AB-5504 equipment is a blower fan in the Kurdistan Petrochemical Complex and one of the rotary machines in the light polyethylene production site, which always experiences high levels of vibrations and failures. Despite the efforts to maintain the vibration range at the desired level through routine maintenance programs, managing the optimal operation of the equipment, and fixing the undesirable parameters, these failures still repeat and result in negative effects on production planning, repair and maintenance costs, and even human resources management. The function of this blower in the production process is to separate the production dust during the cutting process of the extruder machine and the collision of the granules. Different failures in this machine which repeat in short periods include misalignment, dynamic imbalance, resonance, and bearing defects. Investigations have shown that the power of the motor and fan used in this process is much more than needed, and this issue is one of the main causes of breakdowns and vibration problems. Since the management group did not agree with the replacement of the mentioned motor and fan for specific management reasons, it was suggested to use the facilities available in the group to reduce the rotation speed of the motor by using a frequency inverter to reduce the number of failures temporarily. In addition, due to the inability of the F-5505 filter's main air adjustment valves to regulate the flow sent from the blower fan and its excess pressure in different working conditions, it was suggested to install a valve to discharge excess air in the outlet of the blower fan. This work makes it possible to reduce the secondary vibrations caused by trapping excess air, which also affects the performance of the fan while managing the airflow. After applying the above measures and by reducing the engine speed from 3000 to 1800 rpm and adjusting the excess air discharge valve, it was observed that the vibration amplitude of the blower fan decreased by 38% on average. Also, by examining the quality control parameters, it was found that the quality of dust separation caused by the production process was also significantly improved. In addition, the power consumption of the engine was also reduced by 67%. Further investigations showed that by reducing the amplitude of vibrations, the life of the blower fan bearings, which usually had the most failure in the production process, reached about 17,400 hours of useful operation, which guarantees the long-term operation of the blower fan. The reports of the maintenance unit also show that with the implementation of the mentioned measures, the time interval of the maintenance periods has also increased significantly.

Sound production has always been considered a method of transmitting information and emotions in human life. In addition to its helpful and necessary applications, in recent decades and with the industrialization of societies, humans are facing the problem of noise pollution. Therefore, there is a special interest in methods used to check vibration and sound sources. The study of vibration and sound fields can also yield a method to investigate the dynamics of mechanical systems. In recent years, many methods have been proposed to investigate and observe vibration and sound sources, among which the Near Field Acoustic Holography (NAH) method is one of the most widely used methods. Features such as high accuracy, high speed in the testing process, and relatively low equipment cost have made this method one of the best tools for investigating vibration sources. In this study, we used a moving microphone to collect the sound emitted by a vibrating plate and employed the machine vision method to record the traverse path. Afterward, we used the Hankel transform and time transfer to extract the analytical signal and process the collected data to determine the amplitude and phase of the acoustic pressure on the microphone traverse path. Finally, we used this information to reconstruct the vibration field of the plate using the pseudo-inverse method and Rayleigh's analytical integral. the traverse path. Afterward, we used the Hankel transform and time transfer to extract the analytical signal and process the collected data to determine the amplitude and phase of the acoustic pressure on the microphone traverse path. Finally, we used this information to reconstruct the vibration field of the plate using the pseudo-inverse method and Rayleigh's analytical integral. Even though the analytical simulations and the FEM simulations performed in COMSOL software confirm the applicability of the employed method, and despite conducting various tests, we did not succeed in using the experimental data to reconstruct the vibration field of the vibrating plate. Despite the extensive study of the collected experimental data, we did not find the source of the error. However, our analytical studies and finite element simulations confirm the great potential of the proposed method in practical applications.

Rectangular plates, along with plates with other shapes, are the most common elements in various structures and industries. They may experience severe vibrations in response to applied dynamic loads, increasing the probability of damage to the structure. Therefore, lots of attention has been paid to their dynamic analysis. During the last decades, the structural intensity method was developed to study the path of energy flow in sheets. Also, the acoustic holographic method was introduced to reconstruct the vibration field of the plates with the help of their emitted sounds. Combining these two methods provides an opportunity to study the dynamic behavior of plate-like structures using acoustic measurements. Most of the research presented in this field has been practical or analytical. The empirical and analytical methods have some limitations, such as being time-consuming, costly, and requiring experimental facilities. In this thesis, the reconstruction of the vibration field and the structural intensity of the vibrating plates with the help of the data collected by a moving microphone has been investigated using the finite element simulation method in the COMSOL environment. For this purpose, a rectangular plate with a specific material, geometry, excitation, and damping point is considered. The vibrations of the plate and the corresponding acoustic field are simulated using the assumptions of infinite and semi-infinite acoustic fields. The harmonic analysis method is employed to calculate the amplitude and phase of the plate acoustic pressure according to the microphone position. The results obtained from this simulation are in good agreement with those obtained from the analytical Rayleigh integral. However, the acoustic simulation in the semi-infinite environment has the most agreement with the results obtained from the Rayleigh integral, which is also consistent with the relevant theoretical assumptions. Next and in the reverse method, the acoustic pressure obtained from the finite element simulation in the semi-infinite environment was used to reconstruct the vibration field of the plate and the energy streamlines. This study shows that the acoustic pressure obtained from the finite element simulation has acceptable accuracy and the reconstruction of the vibration field of the plate and the energy streamlines was done with sufficient accuracy. The results of this study demonstrate that the use of acoustic simulation facilities of COMSOL software can provide considerable help to researchers as an auxiliary tool for conducting preliminary studies, designing experimental studies, and validating analytical studies.

Residual stresses in welded joints can have adverse effects on the resistance of mechanical parts and tools against dynamic loads. Therefore, researchers have proposed and investigated various methods to eliminate or reduce these tensions. One of the methods that has received attention in recent years is the method of applying alternating magnetic fields. With the help of alternating magnetic fields, a certain area of the part or structure can be subjected to alternating dynamic and electrical loads, and dynamic stresses and thermal loads can be induced in it. If the frequency of the field change is close to the natural frequency of the structure, it can cause resonance despite the smallness of the induced forces and reduce the residual stresses by bringing them to the yielding limit. Also, induction heat in this process can affect the results obtained. This way, using cheap and available tools, stress relief can be done quickly without moving parts and structures. In this thesis, the effect of the electromagnetic stress relief process on the microstructure and mechanical properties of a steel specimen has been considered. For this purpose, a welded piece of 430 stainless steel sheet with a specific geometry has been subjected to alternating magnetic loading and the residual stress changes have been studied in it. For this purpose, first, two similar specimens were annealed in an electric furnace and then welded by manual electrode method. One of the steel pieces was stressed-relieved under an alternating magnetic field and the other was kept as a specimen with residual stress. A coil with a U-shaped core was used to generate the magnetic field. The oscillation frequency of the induced magnetic field was chosen equal to half and one times the natural frequency of the longitudinal vibrations of the piece and the direction of applying the field was perpendicular to the welding line. After this operation, one sample was cut from both the stress-relieved (test sample) and non-stress-relieved (control sample) pieces at a distance of 1 cm from the weld line, and X-ray diffraction analysis was performed on them. X-ray diffraction test results were analyzed by the Rietveld method, and the selected model in the analysis was the Williamson-Hall model. The obtained results show that the residual stress in the test sample has decreased by 46.09% compared to the control sample. Based on the analysis, this operation has caused a more uniform distribution and a reduction in the density of dislocations, as well as a reduction in the probability of defects in the arrangement of the steel piece, on the contrary, it has caused an increase in twins. Considering all these cases, the effect of alternating magnetic fields on improving the mechanical and microstructural properties of the steel piece can be evaluated positively.

With the warming of the earth and the limited resources of fossil fuels and the desire of societies for more comfort and well-being, need to optimize heating devices is becoming more important. Domestic gas boilers are used electric power, so they need to be changed and modified. In this current research, the feasibility of using thermoelectric materials in the chimney of these devices, which are the places where the exhaust and wasted heat exit, is investigated. Waste heat can be stored in the battery by using a thermoelectric module and can supply the device with electricity for two hours during a power outage. The proposed model is a double-walled chimney with an octagonal cross-section, which is equipped by rectangular fins. The effect of the number of fins on the surface temperature of the inner wall has been analyzed by Ansys Fluent software, and the results for the model with more fins were about 8 degrees higher. In this research, 80 thermoelectric are considered on the surface of the inner wall of the chimney, and the production power at the average annual temperature of Sanandaj city is about 217 watts. Also, this production power is calculated all months of the year, which is the highest in the first month of winter and the lowest power is in the first month of summer .The problem has been coded with EES software and the influencing parameters such as the temperature of the hot and cold side of thermoelectric and the speed, heat transfer coefficient, and Reynolds number of the exhaust flow on the power have been calculated. Then we investigated the internal thermoelectric parameters such as Seebak coefficient, thermal conductivity coefficient, thermoelectric internal resistance and load resistance on power generation and finally, using the thermoelectric module in the Ansys software, we compared the desired code with the results of the software under equal conditions.

In recent years, cable robots have attracted researchers since they have large workspaces and are lightweight and low-cost. They are directly applicable to rehabilitation tasks, artistic presentation, and widely other applications. However, they need a robust and optimal controller to improve the performance of different operations. This study presents a dynamic model for cable robots and actuators to design a regulator and a tracking controller. To do so, at the first step the cable-suspended planar robots’ kinematic is presented, followed by the dynamics model. Subsequently, the regulation and circular trajectory based on the State-Dependent Riccati (SDRE) method are simulated via MATLAB codes, and a Cable-Suspended Planar Parallel Robot (CPPR) is constructed to implement the simulations. The simulation results show that while the SDRE technique covers nonlinearities, both regulations and tracking controllers stand precise. In addition, there is no sign of saturation in the signal in tracking a circle. As the implementation results show, due to the equipment and the architecture of CPPR, the tracking errors in the lower region are much more tangible. Moreover, the signal saturation exists and may cause steady-state errors along with instability. To avoid this, the implementations were performed at low speeds.

The concept of electromagnetic induction has attracted a lot of attention recently due to its potential application in reducing residual stress without heating. However, the research on analytical modeling of the induced magnetic field distribution has not been carried out to date. This research presents the modeling of magnetic flux density generated by U-shaped electromagnets in steel flat plates. A semi-analytical model to calculate the magnetic flux distribution of the magnet by combining geometric functions and statistical methods is developed, upon which produced magnetic force components are further established using Maxwell's equations which are highly promising to evaluate the magnetic forces. The semi-analytical magnetic model is validated with a numerical finite element method by ANSYS Software. Different designs are analyzed to demonstrate the compatibility of the proposed model. Finally, the model can be applied to various geometric and electrical conditions of electromagnetic induction of arbitrary U-shaped magnets, and it is useful as a theoretical and conceptual guide for benchmarking finite element analysis and experimental procedures, highlighting the possibility of using this model to develop parameters affecting the magnetic treatment method of reducing residual stress.

Residual stresses are stresses that originated from different operations and remain after removing the original cause or external loads. The main origins of residual stresses are thermal operations, mechanical operations, and phase transformations. The most common method to relieve residual stresses is the thermal stress relaxation method which has some practical limitations. As an alternative method, the method of Vibrational Stress Relief has been introduced which presents some advantages like high treatment speed, low process cost, in-site treatment applicability, and size independence. However, VSR has some disadvantages which limit its application, for example, it brings whole the structure to vibration and may cause some fractures or deformations. Therefore, VSR is not a suitable method for local stress relief. In this thesis, the application of alternating electromagnetic fields to release welding process residual stresses is studied, experimentally. For this purpose, an experimental setup is provided. The setup includes a U-shaped electromagnet beside a high frequency switched electric circuit to induce rectangle periodic pulses. To measure the level of induced stresses in the specimens, a tensile testing machine was employed which is equipped with a load-cell in its fixed head. The load cell output signal was transferred to a computer using a high-frequency data acquisition card. The experimental data show that in the excitation frequencies closed to the first longitudinal natural frequency or its sub-harmonics (since periodic rectangular pulse contains the base frequency and its super-harmonies), the specimen experiences resonance and high-value axial stresses in the order of 50 MPa. Improving the prepared setup, there was also the possibility to achieve higher-order stress inductions. The obtained data also suggest that in very low excitation frequency (quasi-static excitation frequencies), the induced stresses are very small, and to achieve high order stress inductions, a very strong electromagnetic field is demanded which increases the operating cost and complexity, considerably. According to the previous experiments and simulations, the maximum residual stress in the welding process is of axial type and it is perpendicular to the welding line and its value is about half the material yield stress. Therefore, the required induced stress must be approximately larger than half the yield stress to result in residual stress relief. Using the experimental data of this thesis, it is concluded that stress relief operation using low-cost high-frequency electromagnetic is feasible and very simple.

One of the major concerns of designing and construction of air planes is their weight. With the ever-evolving optimization and design methods, it is possible to create an overview of the design before the construction process begins. In this regard, this study aims to provide an overview of the design parameters of a manned multi-rotor in order to reduce plane weight utilizing genetic optimization algorithm. In this research, the weight relationships of the components of a series hybrid multi-rotor with eight rotors were estimated based on the design parameters of these components. In order to obtain optimal response to decrease the weight of this hybrid multi-rotors, specific constraints and limitations were considered through study of design parameters. During the optimization process, the algorithm may break these constraints or fall out of the range of design parameters. Penalty functions were used to prevent this violation. Then, so as to lower the weight, two design cases were considered and optimized applying genetic algorithm. The first design case (besides the weight reduction) was to increase the flight time of the hybrid multi-rotors. In this regard, the ratio of lift forces to weight was considered as one of the constraints. The second design case, besides the weight reduction, sought to increase the lift force to weight ratio of the hybrid multi-rotors. In this case, flight time was supposed as one of the constraints of the problem. The optimal design parameters for both cases were obtained using genetic algorithm and it was found that the second design case estimates less weight of the multi-rotors. Therefore, the second design case was introduced as the main objective of the study and the flight of the hybrid multi-rotors was investigated. Additionally, the static analysis of this case was performed using Catia software to validate the obtained results. In this research to reduce total mass of the system and to increase fuel tank capacity, a Wankel rotary engine was used. The results of this research for the hybrid eight-rotors were compared to the results of NASA researchers for a diesel four-rotors. Despite the significant reduction in the vehicle power system weight and increase of fuel tank capacity , the forces ratio and speed of the vehicle have a slight reduction, and the eight-rotors is only 2 kg heavier than the designed hybrid four-rotors of mentioned researches .

In this thesis, design, fabrication and control of a multi degree of freedom manipulator is studied. In the robot categories, manipulators are known as serial robots. Nowadays, serial robots have wider range of applications in different industries and they are more common ones, in comparison to parallel robots. In this thesis, firstly different types of serial and parallel robots are studied. Afterwards, for a serial manipulator of three links, kinematic, inverse kinematic and dynamic equations of motion are extracted. The extracted equations coded in MATLAB environment have been validated using an identical system simulated in WorkingModel software. The inverse kinematic method is employed to track the desired end-effector paths. Dynamic equations of motion are obtained using Newton method. The physical parts are designed in SolidWorks and then, the real model of the manipulator is fabricated. Trajectory tracking of the end-effector on linear and nonlinear paths is considered as the main goal. SDRE method is applied for this end in both theoretical and practically. Arduino boards are employed for computer and manipulator interface. Both numerical and realistic simulations reported in this thesis, confirm the applicability of the method and its great potentials.

Welded joints have wide applications in metal structures thanks to their low cost and convenience. Despite this, Welding processes generally cause great residual stresses in the work pieces. Since the residual stresses have a considerable effect on fatigue life of cyclic loaded structures, it’s crucial to estimate their value and also to take some measurements to release them. The residual stresses very depend on applied welding method. As an example, in friction stir welding, since the work piece temperature does not reach to melting threshold, lower defects appear; in specific, lower residual stresses are expected in comparison to traditional fusion welding method. The residual stresses can be relief using heat treatment or alternatively mechanical treatment method. Heat treatment method is the most popular one. However, due to some limitations in treatment speed and workspace dimensions and also due to metallurgical side effects, it is not the overall best candidate. Therefore, mechanical treatment is considered as an alternative method. In this approach, oscillatory or heavy local forces leading to plastic deformations are used to relief residual stresses. In this thesis, local surface loads applied to welding lines and surrounding area through a moving heavy roller are considered. It is assumed that this reduces energy consumption and prevents structural damages far from welding area. For this study, both electrical arc and friction stir welding methods are simulated using finite element method, and the effect of moving surface loads on residual stress relaxation of welded joints is investigated. Welding process is simulated in Abaqus environment using indirect coupled Lagrangian method. For this purpose, having a proper formula to simulate welding input heat, the corresponding heat source is simulated and inserted applied to the welding line as a moving load. This was implemented using DFLUX subroutine in Abaqus environment. For the case of Arc welding, surface and Goldak body flux are used. In the case of FSW, heats generated by tool shoulder, tool pin and plastic work are considered and applied using a FORTRAN subroutine introduced to the Abaqus model. Afterwards, the work piece is cooled down to environment temperature. Next, stress analysis is preformed using temperature field obtained in the previous step and residual stresses are calculated. Then, the efficiency of the proposed method is investigated. Finally, a parametric study is carried out to investigate the effects of roller’s speed, movement direction, radius, length and normal pressure. The obtained results indicate that shorter rollers with larger diameters and greater normal pressure lead to higher levels of residual stress relief. Moreover, it is observed that rolling speed does not have a remarkable influence in this procedure. In addition, the main part of relaxation happens in the few initial loading passes.

مخازن ذخیره سیال از اجزاء بسیار مهم در شرایانهای حیاتی به حساب می آیند. با توجه به آسیب های وارده از طرف زمین لرزه های گذشته بر مخازن بررسی لرزه ای این مخازن و طرح مخازن مقاومتر در برابر زمین لرزه ها ضروری می باشد. محققان زیادی از گذشته تاکنون بر روی جنبه های مختلف رفتار مخازن تحقیق نموده اند اما هنوز نیز جنبه های گسترده ای از رفتار مخازن خصوصا رفتار لرزه ای آن ها ناشناخته می باشد. در این تحقیق به بررسی تأثیر ضخامت ورق های دیواره مخزن و همچنین تأثیر نوع جنس مواد مورد استفاده در دیواره مخازن بر روی رفتار لرزه ای مخازن ذخیره سیال استوانه ای رو زمینی در دو حالت مهار شده و مهار نشده می پردازیم. برای تحلیل مسئله از روش المان های محدود به کمک نرم افزار المان محدود ABAQUS استفاده شده و برای مدل سازی مجموعه سیال ,مخزن , خاک از روش مدل سازی مستقیم استفاده شده است، به این ترتیب تمامی اندرکنش های موجود یعنی اندرکنش های سیال- سازه- خاک لحاظ گردیده اند. همچنین برای مدل سازی خاک از مدل رفتاری موهر-کلومب و رفتاری دراگر-پراگر استفاده شده است.

The upcoming trend of utilizing fusion processes in permanent connections is the kind of which, the welding process over time, has turned to one of the most important permanent connection methods. On the other hand, limitations such as deformation caused by doing process to metallurgical changes, porosity, cracks and tension residual stresses, and distortion of joints, reveal the need for study and provide a suitable solution to refine the process. In most cases, nothing much can done to eliminate the problems of cracks and porosity. But there are many ways to reduce residual tension, which one of them is thermal operation. Costing much, environmental pollution, not feasible for large structures and metallurgical changes are main issues faced with using this method. Another way to reduce residual tension is to vibrate dampening, which can be applied for large structures that have no limitation in weight and dimensions, without environmental pollution, and is much less costly compared to other conventional methods (for large structures to less than 1%), such as thermal treatment. However, as a matter of the fact that in this method, instead of using the local force in a part of the surface that has tension, the entire surface of the piece is affected by the force, it may cause cracking and fracture in the piece. The purpose of this research is to suggest theme which can eliminate limitations of vibrating method in a more applicable way. In proposed theme instead of using vibrating power in whole surface, to reduce vulnerability of other structure parts and energy use decrease in weld spots or other spots which intended to dampen, by inducing a local magnetic field, we only apply magnetic volumetric force to these spots. Then, using the finite element method, we examine the efficiency of this method in the release of tension residual stress. Results show that the distinguished feature of magnetic operation, is general reduction of tension residual stress and also by altering frequency and applied current to piece and even changing the material of armature winder, dynamic tension domain could be enlarged that in every pieces or any rates of residual tension, dampening taken into the account. By applying the flow density equal to 0.185 A/(mm^2 ) at a frequency almost close to natural frequency of a specified mode we could introduce necessary dynamic stresses required for tension release.

ربات های کابلی یکی از انواع ربات هایی هستند که زنجیره ی سینماتیکی آنها موازی می باشد. ربات های کابلی موازی به دلیل استفاده از محرک کابلی به جای بازوهای صلب، دارای ویژگی های مهمی همچون فضای کاری گسترده، سرعت و شتاب بالاتر و صرفه اقتصادی مطلوب می باشند. از سوی دیگر به دلیل فضای کاری گسترده و خاصیت ذاتی کابل در معرض ارتعاشات ناخواسته قرار دارند به همین دلیل بررسی مدل دینامیکی و ارتعاشی آنها یک ضرورت است. در این تحقیق با تکیه بر روش اجزای محدود، در ابتدا مشخصات یک المان کابلی معرفی می شود و انرژی های جنبشی، پتانسیل و کار مجازی انجام شده توسط نیروهای خارجی برای المان کابل محاسبه می شود، در ادامه با استفاده از روش هامیلتون معادله ی دینامیکی المان استخراج می شود. ربات مورد تحقیق، یک ربات چهارکابله صفحه ای می باشد که یک فضای مستطیلی را پوشش می دهد. به روش اجزای محدود و به وسیله ی کدنویسی در نرم افزار متلب، اسمبل کردن المان های کلی سیستم ربات انجام گرفته و معادله ی دینامیکی نهایی سیستم که یک معادله غیرخطی می باشد، بدست می آید. بعد از انجام روش خاص خطی سازی، از حل مسئله مقدار ویژه جهت تحلیل پایداری ربات استفاده می شود. در این تحلیل فضای کاری ربات شبکه بندی شده و در نقاط مختلف فضای کاری، سرعت بحرانی و فرکانس پایه ی سیستم قبل از ناپایداری محاسبه می شود. بعد از تحلیل نتایج مشاهده می شود که سرعت بحرانی در نقاط گوشه-ی فضای کاری کمتر است و با حرکت به سمت قسمت های میانی فضا افزایش می یابد. در مورد فرکانس ها روند معکوسی را شاهد هستیم، به این صورت که فرکانس پایه در نقاط گوشه بالاتر است و با حرکت به سمت قسمت های میانی فضا کاهش می یابد.

اتصالات جوشکاری شده بخش بسیار مهم و البته حساسی از سازه های مهندسی هستند که می توانند نقطه ی شروع آسیب های سازه ای باشند. دلیل اصلی این موضوع وجود عوارضی مانند ترک، تخلخل، تغییرات متالورژیکی و تنش های پسماند است که می توانند در حین فرایند جوشکاری در محل اتصال به وجود آیند. در بیشتر موارد، برای رفع عوارضی مانند تخلخل و ترک کار زیادی نمی توان انجام داد. اما برای کاهش تنش های پسماند راه های زیادی وجود دارد که هر یک مزایا و معایب خود را دارند. آسایش تنش های داخلی یک فرایند ترمودینامیکی خود به خودی است و می تواند به صورت طبیعی پیش رود، اما این فرآیند در دمای اتاق بسیار کند رخ می دهد. به همین علت، یک محرک خارجی برای سرعت بخشی به آن مورد نیاز است. تنش های پسماند را می توان هم به صورت حرارتی و هم مکانیکی کاهش داد. یکی از روش های معمول برای آزاد سازی تنش، استفاده از روش حرارتی است که کارایی آن به خوبی اثبات شده است. اما این روش دارای محدودیت هایی مانند احتمال روی دادن تغییرات متالورژیکی، سرعت کم و محدودیت فضای کاری است و نمی توان آن را در همه ی مسائل به کار گرفت. روش دیگر استفاده از بارگذاری نوسانی و یا ارتعاشی است که می تواند باعث ایجاد تغییر شکل های پلاستیک و آزادسازی تنش شود. در این پایان نامه فرض می شود بارهای نوسانی به صورت سطحی و در موضع جوشکاری شده به سازه اعمال شوند. هدف از این کار آن است که مصرف انرژی تا حد ممکن کاهش یابد و از احتمال آسیب دیدگی بخش های دیگر سازه جلوگیری شود. سپس با استفاده از روش المان محدود، کارایی این روش در آزاد سازی تنش مورد بررسی قرار می گیرد. در این تحقیق این نتیجه حاصل شد که با استفاده از نیروهای سطحی متمرکز می توان مقدار تنش های پسماند را مقداری زیادی کاهش داد. اما این نیروها باعث ایجاد تنش های پسماند محلی در محل اعمال نیرو می گردند. استفاده از نیروهای سطحی گسترده بر روی خط جوش راه کار دیگری است که مشکل پیش گفته را حل می نماید. اما نتایج شبیه سازی نشان می دهند این روش داری کارایی کمتری نسبت به حالت نیروی متمرکز است.

استوانه های دوار جدار نازک از اجزای بسیار مهم سانتریفوژهای صنعتی هستند. در نتیجه بررسی رفتار دینامیکی آنها در سرعت های مختلف به منظور اجتناب از تشدید و ناپایداری، دارای اهمیت زیادی است. با وجود آنکه نتایج تحلیلی زیادی در مورد رفتار دینامیکی این سازه ها در تماس با سیال و یا بدون تماس با سیال منتشر شده است، اما نتایج تجربی چندانی در این مورد در دسترس نمی باشد. زمانی می توان از صحت مدل های دینامیکی ارائه شده اطمینان حاصل کرد که این مدل ها بتوانند فرکانس های طبیعی و شکل مودهای سازه را به درستی تخمین بزنند. در این پایان نامه چگونگی تأثیر سرعت دوران بر فرکانس های طبیعی یک استوانه ی دوار حاوی سیال، به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این کار یک استوانه جدار نازک پلیمری با مشخصات ابعادی معین مورد استفاده قرار گرفت و برای تحریک استوانه و استخراج فرکانس های طبیعی آن از روش تحریک نقطه ای استفاده گردید و روش اندازه گیری آکوستیکی و تحلیل فوریه ی سریع داده های زمانی برای استخراج نمودارهای فرکانسی و تعیین فرکانس های طبیعی به کار گرفته شد. در این مطالعه سه حالت استوانه ی خالی، استوانه نیمه پر و استوانه تمام پر مورد بررسی قرار گرفتند. پس از فیلتر کردن فرکانس های مربوط به اصوات محیطی و ارتعاشات سنکرون سازه، دسته ای از شاخه های فرکانسی پیشرو و پسرو استوانه بر حسب سرعت دوران استخراج گردیدند. داده های حاصل از این آزمایش ها را می توان برای بررسی درستی کارهای تحلیلی انجام شده مورد استفاده قرار داد. علاوه برآن می توان از حالت سرعت صفر این داده ها در کارهای استاتیکی مربوط به مخازن جدار نازک نیز استفاده کرد.

نانوفنّاوری شاخه ای رو به رشد از علم و فنّاوری است که با مواد، ساختارها و ابزارهایی در ابعاد نانو سروکار دارد. در این میان یکی از پرکاربردترین زیرمجموعه های نانو مواد، نانوورق ها محسوب می شوند. نانوورق ها در ساختن باطری ها، حس گرهای شیمیایی و بیولوژیکی و نیز در نانوماشین ها کاربردهای فراوان دارند. با وجود کاربردهای فراوان این ساختارهای نانو، کارهای کمی در راستای بررسی رفتار آن ها صورت گرفته است و شاید این کمبود را بتوان با سختی فرایند طراحی و تولید آن ها مرتبط دانست. در این راستا دانستن رفتار ارتعاشی و کمانشی نانوورق ها کلیدی ترین گام در طراحی این سازه ها به شمار می آید. به دلیل وابستگی های زیاد در معادلات تعادل استاتیکی و دینامیکی ارائه ی حل تحلیلی برای ارتعاشات و کمانش نانوورق ها بسیار دشوار است ازاین رو بسیاری از کارها به استفاده از روش های عددی و نیمه عددی از قبیل المان محدود، ریلی-ریتز، سنجش وزنی مشتقات و ... پرداخته اند. با کاهش اندازه ی ساختارها در حد قابل مقایسه با اندازه های درون اتمی صرف نظر کردن از اثرات اندازه های کوچک و نیروهای درون اتمی باعث خطای زیاد در نتایج و به تبع آن در مواردی طراحی اشتباه می گردد همچنین روش هایی از قبیل دینامیک مولکولی مستلزم زمان و هزینه های بسیار زیادی برای مدل کردن نانوساختارها هستند، ازاین رو در سال های اخیر بررسی این ساختارها به روش های محیط پیوسته واگذار شده اند. یکی از شناخته شده ترین این روش ها، نظریه غیرمحلی ارینگن است. نظریه غیرمحلی برای بیان روابط تنش-کرنش غیرموضعی رشد یافته است. در این روش تنش در هر نقطه از سازه تابعی از کرنش در کل سازه است؛ بنابراین، انتظار می رود که نظریه غیرمحلی مدل دقیق تری نسبت به الاستیسیته ی کلاسیک، مخصوصاً در مقیاس های بسیار ریز ارائه دهد. در این پایان نامه با استفاده از این نظریه، نانوورق های ایزوتروپیک مستطیلی دو لایه که به وسیله ی یک بستر الاستیک به هم متصل شده اند، مدل شده و با استفاده از روش سنجش وزنی مشتقات حل گردیده است. همچنین صحت نتایج و نیز تأثیر تغییر در پارامترهای مختلف ازجمله سختی الاستیک، شرایط مرزی، مدهای کمانشی و پارامتر غیرمحلی بر روی بار بحرانی کمانشی نانوورق، با نتایج حاصل از حل تحلیلی مورد بحث و بررسی قرارگرفته می شود. نتایج بحث نشان می دهد که روش سنجش وزنی مشتقات، روشی قدر

تنش هایی که بر اثر اعمال بارگذاری در جسم ایجاد شده و بعد از برداشته شدن بارگذاری هم در جسم باقی می مانند را تنش پسماند گویند. موضوع تنش های پسماند و روش های کاهش آن ها در فرایند ساخت یکی از مهم ترین چالش های امروز مهندسان و صنعتگران است. تنش های پسماند که به ناچار بواسطه روش های تولید نظیر ریختگری، نورد، جوش، آهنگری، کشش و ... در قطعات ایجاد می شوند خواص مکانیکی قطعات مهندسی را به میزان قابل توجهی کاهش داده و سبب بروز صدمات هزینه بری در تجهیزات صنعتی می شوند. شکستن ناگهانی پره های توربین ها و پمپ ها، گسیختگی اتصالات جوشی، ایجاد ترک در شفت ها و بسیاری دیگر از این دست صدمات که با بارگذاری بسیار کمتر از حد بار مُجازی که قطعات مهندسی برای آن طراحی شده اند، معمولاً ناشی از در نظر گرفته نشدن این عامل غالباً مضر فرایند ساخت و تولید است. از دیرباز صنعتگران این عامل عمدتاً مضر را شناخته و برای رهایی از آن راه هایی را بکار بسته اند که از آن جمله می توان به روش های حرارتی اشاره کرد. امروزه با توسعه علوم مهندسی و پیشرفت تکنولوژی روش های نوینی در این زمینه بوجود آمده اند که از میان آن ها می توان به روش بکارگیری ارتعاشات برای رهاسازی تنش های پسماند اشاره کرد. در این روش ارتعاشات با فرکانس و دامنه مختلف به محل توزیع تنش های پسماند اعمال می شود. این کار باعث ایجاد کرنش های پلاستیک در داخل قطعه شده و بدین وسیله مقداری از تنش های پسماند موجود در آن محل آزاد می شود. در این پایان نامه تنش زدایی از قطعات به وسیله ارتعاشات مورد مطالعه قرار گرفته است. برای صرفه جویی در زمان و هزینه، این فرایند در نرم افزار آباکوس شبیه سازی شده و نتایج آن با نتایج کارهای آزمایشگاهی انجام شده در این زمینه مقایسه می شود.

در این تحقیق تلاش بر این است که ضمن بررسی تئوری های موجود و مطالعات انجام شده قبلی ارتعاش یک صفحه دوار در جریان فوق صوتی به روش شبکه گردابه مورد تحقیق قرارگیرد و اثر آشفتگی ها و گردابه هایی که به صورت پریودیک در پایین دست جریان تولید شده و سپس بر روی ورق دوار باز می گردند، مورد بررسی قرار گیرد. اگر چه در سال های گذشته مطالعات زیادی در مورد فلاتر انواع المان های سازه ای مانند تیرها، ورق ها، دیسک ها و.... صورت گرفته است، اما مطالعات قابل توجهی در زمینه فلاتر ورق های دوار ارائه نشده است. ورق های دوار همواره به عنوان مدل های مناسبی برای پره کمپرسورها معرفی شده اند، اما به دلیل پیچیدگی های زیاد، کارهای زیادی در مورد فلاتر آنها انجام نشده است. برای شبیه سازی نظری سازه از تئوری ورق میندلین به همراه مؤلفه های غیر خطی ون کارمن استفاده می شود. معادلات حرکت با استفاده از روش انر‍‍‍ژی لاگرانژ و تقریب میدان جابجایی توسط سری های توانی محدود بدست می آید. به نظر می رسد روش شبکه گردابه دارای قابلیت های زیادی برای بررسی پدیده مذکور است و بتواند به خوبی اثر گردابه های به وجود آمده در پایین دست جریان را به هنگام بازگشت بر روی ورق دوار مدل سازی نماید.

گسترش استفاده از سازه های سبک وزن و انعطاف پذیر در صنایعی مانند صنایع هوافضا در سال های اخیر و استفاده روز افزون از ورق های نازک به عنوان اجزای این نوع سازه ها که در حضور انواع تحریک های خارجی از جمله جریان های هوا به سادگی دچار ارتعاش و ناپایداری می گردند،استفاده از روش های کنترل فعال و غیر فعال برای کنترل عملکرد این گونه سازه ها را گریز ناپذیر نموده است.در پژوهش حاضر تلاش شده است با بررسی ومطالعه معادلات حاکم محل مناسب برای سنسورهای ارتعاشی را به گونه ای انتخاب کرد که بتوان بدون استفاده از تخمینگرفضای حالت، ناپایداری ورق های نازک در جریان سوپرسونیک را به شکل مؤثری کنترل نمود. در این پروژه یک ورق مستطیلی با طول a ، عرض bو ضخامت h که در معرض جریان سوپرسونیک با سرعت قرار دارد در نظر گرفته می شود. برای شبیه سازی ریاضی سازه از تئوری ورق وون کارمناستفاده می شود. فشار جریان هوا توسط تئوری مرتبه اول پیستون مدل سازی میشود. معادلات حرکت با استفاده از روش دینامیک کین و تقریب میدان جابجای توسط سری های توانی محدود بدست می آید، و سپس با استفاده از فید بک جابجایی پایداری سیستم در سرعت های جریان مختلف مورد بررسی قرار می گیرد. با اعمال ضریب مشخصی از جابجایی یک نقطه اختیاری به عنوان ولتاز اعمالی به پیزوالکتریک، پایداری سیستم در فشار های دینامیکی مختلف و امکان کنترل فلاتر ورق بررسی شده است. نقاط بهینه با توجه به مقدار ولتاژ اعمالی تعیین و به منظور اطمینان از صحت محاسبات انجام شده، با استفاده از جعبه ابزار سیمیولینک نرم افزار متلب پاسخ زمانی سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی نتایج حاصل، نشان می دهد که کنترل فلاتر ورق با استفاده از اعمال ضریب مشخصی از جابجایی نقاط خاصی از ورق به عنوان ولتاژ اعمالی به وصله پیزوالکتریک امکان پذیر است

علم آکوستیک یا صوت شناسی، یکی از مهمترین شاخه های علم مکانیک را تشکیل می دهد. در آکوستیک به بررسی امواج منتشر شده از اجسام در حال ارتعاش پرداخته می شود. از کاربردهای بسیار مهم علم آکوستیک شناسایی خصوصیات دینامیکی منبع انتشار موج با بررسی موج فشاری منتشر شده می باشد. این موج فشاری را فشار آکوستیکی نامگذاری کرده اند، که تابعی از شرایط مرزی جسم، فاصله جسم تا نقطه مورد بررسی از لحاظ دوری و نزدیکی و خصوصیات سیالی که موج در آن منتشر شده است از قبیل سرعت، چگالی، لزجت، وهمچنین فرکانس ارتعاشی منبع می باشد. برای محاسبه مقدار این کمیت می بایست از ترکیب معادلات حاکم بر ارتعاش جسم، از جمله استوانه و صوت منتشر شده بهره جست. این پایان نامه به دو قسمت تقسیم شده است. در قسمت اول معادلات حاکم بر ارتعاشات استوانه های دوار را معرفی می نماییم، سپس در قسمت بعدی هدف ما بررسی صوت منتشر شده از استوانه است. برای این کار یک استوانه جدار نازک دوار با شرایط مرزی ساده در نظر گرفته می شود. معادلات حاکم بر استوانه با استفاده از روش دینامیکیKane استخراج شده است .در این مدل از روابط غیر خطی کامل کرنش- جابجایی استفاده شده است و برای مدلسازی پوسته های نازک فرضیات تئوری Love به کار گرفته شده است. در نهایت با بدست آوردن فرکانس های ارتعاش، به بررسی فشار آکوستیکی با استفاده از روش گالرکین، و سایر مشخصه های حاصل از صوت منتشر از استوانه می پردازیم. نتایج و نمودارهای بدست آمده از طریق کدنویسی در نرم افزار Mathematica بدست آمده اند.

آکوستیک یکی از شاخه های علم فیزیک است و موضوع آن بررسی امواج مکانیکی در گازها، مایع ها و جامدات است. این موج های مکانیکی به دلیل ارتعاش در یک منبع ایجاد می شوند. هنگامی که جسمی به ارتعاش در می آید، فضای اطراف خود را آشفته کرده و باعث تغییر مقدار فشار در اطراف خود می شود. این آشفتگی ها به صورت امواجی در محیط منتشر می شوند. با بررسی این امواج منتشره و تغییرات مقدار فشار می توان به خصوصیات دینامیکی منبع مرتعش پی برد. در این پایان نامه سعی شده است با نمونه برداری صوت حاصله از ارتعاشات آزاد استوانه های دوار، فرکانس های طبیعی آن استخراج گردند. شایان ذکر است که با تغییر سرعت دوران استوانه، تغییراتی در فرکانس های طبیعی استوانه حاصل می شود که با ثبت این داده ها می توان نمودار تغییرات فرکانسی ارتعاشات آزاد استوانه های دوار را برحسب سرعت دوران رسم نمود. به این منظور اقدام به ساخت دستگاهی نموده ایم که قابلیت دوران استوانه با طول های متغیر را دارا می باشد. مقادیر فرکانسی به دست آمده با نتایج عددی موجود مقایسه شده اند. مقایسه ی نتایج عددی و آزمایشگاهی نشان می دهد که مدل های ریاضی ارائه شده از فیزیک مسئله، دارای دقت خوبی می باشد.

علم آکوستیک، که به عنوان یک شاخه بسیار مهم در علم مکانیک مطرح است، به بررسی امواج ساطع شده از اجسام مرتعش می پردازد. از کاربردهای بسیار مهم علم آکوستیک شناسایی خصوصیات دینامیکی منبع انتشار امواج با رصد موج فشاری منتشر شده، می باشد. این موج فشاری، فشار آکوستیکی نام دارد که تابعی از شرایط مرزی جسم، فاصله جسم تا نقطه مورد بررسی (میدان نزدیک و یا دور) و خصوصیات سیال از قبیل لزجت، چگالی، سرعت و .... می باشد. برای محاسبه مقدار این کمیت می بایست از ترکیب معادلات حاکم بر ارتعاش جسم (از جمله صفحه) و صوت منتشر شده بهره جست. حال در این پایان نامه یک ورق مستطیلی با شرایط مرزی ساده در نظر گرفته شده که تحت تأثیر نیرویی هارمونیک، تحریک گردیده است. معادلات حاکم بر ارتعاش صفحه با استفاده از روش لاگرانژ استخراج شده است. سپس با استفاده از روش انتگرالHelmholtz–Kirchoff و تبدیل های فوریه معادلات آیرودینامیک سیستم حل شده اند و فشار آکوستیک (میدان دور) حول صفحه برای تحریک هارمونیک بدست آمده است.حال با فرض قرار گرفتن میکروفونی بمنظور ثبت فشار آکوستیکی فرستاده شده از طریق ارتعاش ورق، و بهره گیری از روش معکوس، محل تحریک ورق و مسیرهای انتشار انرژی مشخص شده اند. به گونه ایی که در این پایان نامه برای کاستن از تعداد میکروفون های لازم برای اندازه گیری فشار آکوستیکی،از ایده حرکت دادن میکروفون در یک مسیر مشخص کمک گرفته شده است که این ایده برای نخستین بار استفاده می گردد. نتایج حاصله نشان می دهد، این روش برای ارتعاش با تعداد مودهای کم، جواب های نسبتا دقیقی ارائه می دهد ولی با افزایش مودهای در حال ارتعاش نیاز به وجود تعداد میکروفون های بیشتری است تا از ایجاد خطاهای عددی جلوگیری نماید. نمودارهای بدست آمده از طریق کد نویسی در داخل نرم افزار Mathematica بدست آمده اند.