دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 11 2025 01 20 Biomechanical analysis of the lumbar spine under different loading conditions تحلیل بیومکانیکی مدل اجزای محدود ستون فقرات کمری تحت بارگذاری‌های مختلف 1475 1496 5693 10.22060/mej.2025.23781.7812 FA علی کمالی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران لاله فتاحی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران علیرضا نعیمی فرد گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران Journal Article 2024 12 29 The human body is exposed to many forces and moments during daily activities. The spine is one of the most important structures that bear these forces and may be prone to multiple injuries. Therefore, numerical modeling and analysis of the lumbar spine under various loading conditions is very beneficial to prevent injuries. This study aims to provide a valid finite element model of the L4-L5 segment of the human lumbar spine for static analysis. The model includes two vertebrae, intervertebral discs, end plates, and ligaments. To model the mechanical properties of the lumbar spine, elastic and hyperelastic behaviors have been used for different parts of the spine. Moreover, stress and strain distribution in different tissues, under various loading conditions, were compared with the allowable thresholds of the tissues to investigate the possibility of tissue damage. Note that it was assumed that tissue damage occurs when the stresses and strains in the desired tissue exceed the elastic range. However, based on the obtained results, under the investigated loading conditions, none of the model components were damaged. بدن انسان طی فعالیت‌های روزمره تحت نیروها و گشتاورهای متعددی قرار دارد. یکی از مهم‌ترین اندام‌های بدن به منظور تحمل این نیروها، ستون فقرات است که متشکل از مهره‌های متناوب و دیسک‌های بین‌مهره‌ای بوده و توسط رباط‌ها و ماهیچه‌ها استحکام می‌یابد. ستون فقرات قابلیت خم شدن رو به جلو و عقب، خمش جانبی و پیچش محوری را دارد و به همین دلیل در معرض آسیب‌های متعددی قرار دارد. از این رو، مدل‌سازی و تحلیل عددی ستون فقرات و محاسبه نیروها و تنش‌های ایجاد شده در آن در شرایط مختلف از اهمیت بالایی در پیشگیری از آسیب‌های احتمالی ستون فقرات برخوردار است. در پژوهش حاضر یک مدل اجزای محدود صحت‌سنجی شده از بخش انتهایی ستون فقرات کمری انسان شامل دو مهره L4 و L5 و دیسک بین‎مهره‎ای به‌همراه صفحات انتهایی و رباط‌ها ارائه می‌شود. لازم به ذکر است که مهره‌های انتهایی ستون فقرات از جمله شایع‌ترین مکان دردهای کمری است و در این پژوهش نیز جهت بررسی آسیب در اثر بارگذاری‌های مختلف در این بخش، مقادیر تنش و کرنش ایجاد شده با مقادیر تسلیم بافت موردنظر مقایسه شده و وقوع آسیب بررسی می‌گردد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5693_5ba47c07b9b6a8f2718d94fa3f48fe9f.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 11 2025 01 20 Experimental study on the flow speed effects on the aerodynamic characteristics of a flexible flapping wing مطالعه تجربی اثر سرعت جریان بر مشخصه‌های آیرودینامیکی بال‌زن با بال انعطاف‌پذیر 1497 1516 5696 10.22060/mej.2025.23692.7800 FA مجتبی رمضانی ولوجردی دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران 0009-0001-0146-4945 حمزه اشراقی دانشکده مهندسی هوافضا-دانشگاه صنعتی امیرکبیر-تهران-ایران 0009-0003-2354-0544 محمود مانی دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران Journal Article 2024 11 27 The current research has experimentally studied the aerodynamic characteristics and production of lift and thrust forces of a flapping flexible wing over a range of flow speeds and frequencies in the sub-sonic wind tunnel. Thus, the flapping wing model was installed on the test section, and by changing the flow components and angles of attack, the horizontal and vertical forces - equivalent to the thrust and lift - were measured and recorded. The experiments were conducted at Reynolds numbers of 42,000 to 170,000, which is the flight range for natural birds with dimensions close to pigeons. The wingbeat frequency has also been set from 0 to 6 Hz to encompass the wingbeat frequency of natural birds. The model consists of two parts of rigid (at the root) and flexible (at the tip) and the oscillation is provided by an electro-mechanical system. The highest thrust was achieved at an angle of attack of 3 degrees. The wing flexibility caused the pressure difference on both sides of the wing to cause unsteady deformations. In this case, as the speed increases, the amount of lift on the wing grows with the square power of the speed, Thus, the wing deforms more at higher speeds and the lift coefficient decreases with increasing speed. The flow structure at an angle of attack of 9 degrees is not capable of producing thrust. در این پژوهش اثر سرعت جریان بر مشخصه‌های آیرودینامیکی بال‌زن با بال انعطاف‌پذیر در زوایای حمله مختلف با استفاده از آزمون تجربی در تونل باد مادون صوت مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، مدل بال‌زن در سکوی آزمون نصب‌شده و با تغییر مؤلفه‌های جریان و زاویه حمله، نیروهای افقی و عمودی –معادل نیروهای پیشران و برآ- اندازه‌گیری و ثبت گردیده است. آزمایش‌ها در اعداد رینولدز 42000 تا 170000 که محدوده پرواز برای پرندگان طبیعی با ابعاد نزدیک به کبوتر است انجام شده است. فرکانس بال‌زدن نیز از 0 تا 6 هرتز مورد بررسی قرار گرفته است تا فرکانس بال‌زدن پرندگان طبیعی را در برگیرد. مدل آزمون از دو بخش صلب (در ریشه) و انعطاف‌پذیر (در نوک) تشکیل شده و حرکت نوسانی بال‌زدن در آن توسط سامانه الکترومکانیکی تامین شده است. نتایج نشان می‌دهد که بیشینه نیروی پیشران در زاویه حمله 3 درجه حاصل شده است. همچنین انعطاف‎پذیری بال سبب شده است تا با افزایش سرعت اختلاف فشار دینامیکی جریان سبب تغییر شکل بال و در نهایت کاهش ضریب برآی بال شود .همچنین ساختار جریان از زاویه حمله 9 درجه به بعد به گونه‌ای است که توانایی تولید نیروی پیشران نداشته است.

https://mej.aut.ac.ir/article_5696_b8cfbf77a3d250a4523ba67a65a7d031.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 11 2025 01 20 Parametric Analysis of Energy Consumption, Sensible and Latent Performance of Two Three-Fluid Energy Exchangers: Tube- channel and Three- channel Designs تحلیل پارامتری میزان انرژی مصرفی، عملکرد محسوس و نهان دو مبدل انرژی سه سیاله لوله-کانال و سه-کانال 1517 1536 5699 10.22060/mej.2025.23643.7791 FA سمیرا پایان گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران، Journal Article 2024 10 27 This paper examines the feasibility of replacing a tube-channel heat exchanger with a three-channel heat exchanger in a real energy recovery system. The performance of both energy exchangers is then compared under dimensionless atmospheric conditions. In the three-fluid exchanger, a semi-permeable membrane separates the desiccant solution from the ventilation air. Moisture and heat transfer between the two fluids through this membrane, while water, as the third fluid, either absorbs excess heat or returns the lost heat to the desiccant solution. In the tube-channel heat exchanger, water flows through tubes inside the desiccant solution channel. However, in the three-channel heat exchanger, water channels are placed on both sides of the desiccant solution channel. Mass and energy conservation equations are derived and solved using the finite difference method in Fortran. The study investigates the effect of different water channel geometries on energy consumption and the efficiency of both sensible and latent heat in these energy exchangers. Results indicate that, for a mass ratio of 1, the three-channel heat exchanger shows up to 5% improvement in latent heat efficiency and 25% improvement in sensible heat efficiency compared to the tube-channel heat exchanger. Additionally, the geometric improvement coefficient is predicted to be greater than 1. در این مقاله، امکان‌سنجی جایگذاری مبدل سه-کانال به جای لوله-کانال در یک سیستم واقعی به عنوان بازیاب انرژی، بررسی و سپس مقایسه عملکرد دو مبدل انرژی برای شرایط آب و هوایی بدون بعد انجام می‌شود. در این مبدل، محلول خشک‌کن با یک غشای نیمه تراوا از هوای تهویه جدا می شود. رطوبت و حرارت بین دو سیال از طریق این غشا مبادله می‌شود و آب به عنوان سیال سوم، گرمای مازاد تولید شده را جذب و یا گرمای مورد نیاز محلول خشک‌کن را به آن باز میگرداند. در مبدل لوله-کانال، لوله های آب به عنوان سیال سوم از داخل کانال محلول خشک‌کن عبور می‌کند. در حالی که در مبدل سه-کانال که در این مقاله طراحی و مدل می‌شود، مجاری آب دو طرف کانال محلول خشک‌کن قرار دارند. معادلات بقای جرم و انرژی برای حجم کنترل سه سیال استخراج شده و با روش تفاضل محدود به کمک زبان برنامه نویسی فرترن حل می‌شود. اثر دو هندسه، بر روی مصرف انرژی، بازدهی محسوس و نهان این مبدل‌ها بررسی می‌گردد. نتایج نشان دهنده افزایش بازده نهان تا 5% و بازده محسوس تا 25% برای نسبت جرمی 1 در مبدل سه-کانال نسبت به لوله-کانال می‌باشد. همچنین ضریب بهبود هندسی بزرگتر از 1 پیش بینی می گردد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5699_5c971edc0c2cc92fc99b5a3609450cb7.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 11 2025 01 20 Evaporation of line droplets on a substrate: Energy Minimization Method تبخیر قطرات خطی بر یک سطح با استفاده از روش کمینه‌سازی انرژی 1537 1554 5700 10.22060/mej.2025.23387.7752 FA مهرناز اویسی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران وحید بازارگان دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران 0000-0002-6946-655X Journal Article 2024 07 28 Line droplets are sessile droplets with finite length and width. The drops can be represented by assuming two spherical caps at each end and a rectangular part in the middle. This study examines the behavior of the contact line of line droplets with different shapes and aspect ratios as they evaporate. We suggest a new method using the different solid-gas interfacial tensions for dry vs. a previously wet substrate to determine the shape of the droplet during evaporation. The pinning of the contact line of line droplets leads to the outward evaporation-induced flow toward the contact line as previously described for spherical and infinite cylindrical droplets. During the evaporation of these droplets on a surface, it is observed that the contact line at the droplet ends recedes at higher contact angles than droplets with a circular footprint. Furthermore, we find the local evaporation rate at the surface of the droplet and study the internal flow generated as a result of evaporation. The outward flow velocity toward the ends along the droplet is higher compared to the flow velocity toward the sides. قطرات خطی، قطراتی با طول و عرض محدود هستند. این قطرات را می‌توان با فرض دو کلاهک در دو انتها و یک بخش مستطیلی در وسط مدل کرد. در این مطالعه، خط تماس قطرات خطی با اشکال و نسبت‌های ابعادی مختلف، در طی فرایند تبخیر آنها مورد بررسی قرار می‌گیرد. بدین منظور یک روش جدید با استفاده از کشش‌های سطحی مختلف گاز-جامد برای یک سطح خشک در مقابل یک سطح قبلا خیس‌شده برای تعیین شکل قطره در طول تبخیر پیشنهاد شده است. در طول تبخیر این قطرات روی یک سطح، متوجه می‌شویم که مهارشدگی خط تماس قطرات خطی منجر به جریان بیرونی ناشی از تبخیر به سمت خط تماس می‌شود، علاوه بر این، نرخ تبخیر محلی را در سطح قطره پیدا کرده و جریان داخلی تولید شده در نتیجه تبخیر قطرات خطی را مطالعه می‌کنیم. خط تماس در انتهای قطرات (دو نیم‌کره) در زوایای تماس بالاتری نسبت به قطرات با رد اثر دایره‌ای شروع به پسروی می‌کند. سرعت جریان بیرونی به سمت انتهای قطره خطی در مقایسه با سرعت جریان به سمت طرفین بیشتر است.

https://mej.aut.ac.ir/article_5700_84f5ddd735176becc72c3b1ff424149e.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 11 2025 01 20 Numerical and Experimental Analysis of Locating Error of a Polyhedral Workpiece in the Fixture مطالعه عددی و تجربی خطای جاسازی قطعه‌کار با هندسه چندوجهی در قید و بند 1555 1574 5701 10.22060/mej.2025.23625.7792 FA ایمان رشیدی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران. هادی پروز دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران. 0000-0003-4806-7311 مهدی بهرامی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران. ستار حضرتی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران. Journal Article 2024 10 28 Any change in position of the fixture components can lead to deviations in the workpiece's position and orientation, resulting in a defective product. This study suggests a numerical and experimental approach to calculate the positioning error of the workpiece in the fixture. Initially, the linear and angular components of the workpiece deviation due to disturbances in the locators were calculated using numerical modeling in Abaqus software. An experimental setup was fabricated to validate the numerical results. The experimental tests were conducted to measure the linear and angular components of workpiece deviations. The experiments were performed in two conditions: with and without clamping force, with each experiment repeated three times. Also, the effects of applying clamping force and disturbances to the workpiece and locators were studied on the results. In the first series of tests, the workpiece was positioned in a fully horizontal position and clamping forces of 100, 150, 200, 250, 350, and 500 N were applied. In the second, disturbances were also applied to the locators along with the clamping force. In both procedures, the displacement of a reference point, resulting from deformation and deviation of the workpiece, was measured and compared with the numerical predictions. The analysis of all results revealed that the maximum errors between the numerical and experimental results for the disturbed and non-disturbed conditions were equal to 9.1% and 14.9%, respectively. هرگونه تغییر موقعیت و ارتفاع در جاسازهای قید و بند منجر به انحراف قطعه‌کار از موقعیت و جهت ایده‌آل می‌شود. در این پژوهش، یک رویکرد عددی و تجربی برای محاسبه خطای جاسازی قطعه‌کار در قید و بند استفاده شده‌ است. برای اجرای پژوهش، ابتدا مقادیر انحراف خطی و زاویه‌ای قطعه‌کار با اعمال اغتشاش در جاسازها با استفاده از مدل‌سازی عددی در نرم‌افزار آباکوس محاسبه ‌شد. برای صحت‌سنجی نتایج، یک مجموعه آزمایشگاهی شامل یک قید و بند به همراه قطعه‌کار ساخته شد و آزمایش‌های تجربی برای اندازه‌گیری مقادیر جابجایی‌های خطی و زاویه‌ای قطعه‌کار اجرا ‌شد. آزمایش‌های تجربی در دو حالت بدون بست و همراه با نیروی بست انجام شد و هر آزمایش سه بار تکرار شد. در رویه اول آزمایش‌های تجربی، قطعه‌کار در حالت کاملاً افقی قرار داشته و فقط نیروی بست با مقادیر 100، 150، 200، 250، 350 و 500 نیوتن به آن اعمال شد. در رویه دوم، اغتشاش همراه با نیروی بست به قطعه‌کار اعمال شد. با اعمال اغتشاش در جاسازها در هر دو حالت، مقدار جابجایی نقطه مرجع، که ناشی از تغییر شکل و تغییر موقعیت است، اندازه‌گیری شد و با مقادیر متناظر آن از شبیه‌سازی مقایسه ‌شد. با بررسی تمام نتایج، بیشترین مقدار خطای بین نتایج عددی و تجربی برای حالت‌های با و بدون اغتشاش برابر با 9/1% و 14/9% میلی‌متر به‌دست‌ آمد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5701_bac49b876d5dfc9cd169c22ef5178ca7.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 11 2025 01 20 Load Acceleration and Crack Propagation Direction on Interlaminar Fracture Toughness In Polymer Matrix Composites: A Theoretical and Experimental Approaches اثرات سرعت بارگذاری و جهت انتشار ترک بر چقرمگی شکست بین لایه‌ای در کامپوزیت‌های پایه پلیمری: یک مطالعه تحلیلی و تجربی 1575 1590 5702 10.22060/mej.2025.23731.7806 FA علیرضا سرتیپی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران. احمدرضا قاسمی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران. 0000-0002-9326-4990 Journal Article 2024 12 06 In this research, the effects of crack propagation and load speed in the first failure mode on failure toughness have been studied analytically and experimentally. In the first mode, the opening of the crack opening of the fiber layout was examined in two different modes and the release of the crack was tested in a direction parallel to the fibers and perpendicular to the direction of the fibers. To perform three-point bending tests, test samples are designed and built according to the standard. The purpose of the rate of speed has been evaluated by changing the loading angle relative to the fixture line. The percentage changes in interlaminar fracture toughness in double cantilever beam and transverse three-point bending and longitudinal three-point bending tests are 5/67%, 6/5%, and 3/93%, respectively. These changes indicate that the difference between fracture toughness in the crack growth region for double cantilever beam test specimens is smaller than that for three-point bending specimens due to the thickness of the specimens. The results show that interlayer failure toughness is much greater when the crack grows parallel to the fibers than when the crack grows perpendicular to the fibers. The physical reasons for these experimental results are discussed below. در این تحقیق اثرات جهت انتشار ترک و سرعت بارگذاری در مود اول شکست بر روی چقرمگی شکست به شکل تحلیلی و تجربی مطالعه شده است. در مود اول بازشوندگی دهانه ترک چیدمان الیاف در دو حالت متفاوت بررسی شده و انتشار ترک در جهت موازی با الیاف و عمود بر جهت الیاف آزمایش شده است. برای انجام آزمون‌های خمش سه نقطه‌ای، نمونه‌های آزمایشی مطابق با استاندارد طراحی و ساخته شدند. هدف از انجام آزمایش بارگذاری و اندازه گیری چقرمگی شکست در جهات مختلف انتشار و رشد ترک نسبت به زاویه الیاف می‌باشد. علاوه بر این، مجموعه‌ای از نمونه‌های تیر یک سر گیردار دو لبه با اعمال تغییر زاویه بارگذاری نسبت به راستای فیکسچر مورد بررسی قرار گرفتند. درصد تغییرات چقرمگی شکست بین لایه‌ای در آزمایش‌های یک سر گیردار دولبه و خمش سه نقطه‌ای عرضی و خمش سه نقطه‌ای طولی به ترتیب 5/67%، 6/5 % و 3/93% می‌باشد. این تغییرات نشان می‌دهد که تفاوت بین چقرمگی شکست در منطقه رشد ترک برای نمونه‌های آزمایش یک سرگیردار دولبه نسبت به نمونه‌های خمش سه نقطه‌ای به دلیل ضخامت نمونه‎‌ها مقدار کمتری دارد. نتایج نشان می‌دهد چقرمگی شکست بین لایه‌ای، هنگامی که ترک به موازات الیاف رشد می‌کند بسیار بیشتر از زمانی است که ترک در جهت عمود بر الیاف رشد می‌نماید. در ادامه دلایل فیزیکی این نتایج تجربی مورد بحث قرارگرفته است.

https://mej.aut.ac.ir/article_5702_ba500f04049a8eece1e23e36ea7bbab0.pdf