دانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603257520250723Experimental and Numerical Analysis of the Effect of Stress Triaxiality and Lode Angle Parameter on the Ductile Fracture of 321 Stainless Steelتحلیل تجربی و عددی اثر تنش سهمحوره و پارامتر زاویهی لود بر شکست نرم فولاد زنگ نزن 321545566582710.22060/mej.2025.24291.7854FAمحمدمزرعه کاظمیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایرانسیدمهدیگنجیانیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران0000-0001-9839-7795محسنمنصوریدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایرانJournal Article20250615In this study, the effect of stress triaxiality and the Lode angle parameter on the fracture strain of AISI 321 stainless steel was investigated. Although the influence of stress triaxiality has been extensively studied, the role of the Lode angle parameter remains unclear. This research was conducted with the aim of clarifying these effects in the ductile fracture of AISI 321 stainless steel. To this end, five specimens under tensile loading and two specimens under compressive loading, each with different geometries, were designed and simulated in the ABAQUS software. The specimens were also subjected to experimental tests, and the distributions of strain and stress were recorded up to the point of fracture. A power-law model was employed to define the stress–strain curve, and experimental data were used to calibrate the model. The extracted force–displacement results from both experimental and numerical approaches were found to be in good agreement. The results indicate that stress triaxiality has a direct effect on fracture strain, while the Lode angle parameter exhibits a nonlinear influence on fracture behavior. Moreover, slight changes in specimen geometry can lead to significant variations in the final fracture strain values. Overall, it was found that within a stress triaxiality range of −0.63 to 0.6 and a Lode angle parameter range of −0.78 to 1, the fracture strain varies from 0.6 to 0.9.در این پژوهش، تأثیر تنش سهمحوره و پارامتر زاویه لود بر روی کرنش شکست فولاد زنگنزن 321 مورد بررسی قرار گرفت. اگرچه اثر تنش سهمحوری بهخوبی مطالعه شده، اما نقش پارامتر زاویه لود و تعامل آن با این تنش همچنان مبهم است. این پژوهش با هدف روشنسازی این اثرات در شکست نرم فولاد زنگنزن 321 انجام شد. برای این منظور، پنج نمونه تحت بارگذاری کششی و دو نمونه تحت بارگذاری فشاری با هندسههای متفاوت طراحی و در نرمافزار آباکوس شبیهسازی شدند. نمونهها همچنین تحت آزمونهای تجربی در دمای اتاق و به صورت استاتیکی مورد ارزیابی قرار گرفتند و توزیع کرنش، تنش و پارامترهای آسیب تا لحظه شکست ثبت گردید. برای مدلسازی رفتار ماده، از مدل توانی جهت تعریف منحنی تنش-کرنش و از دادههای آزمایشگاهی جهت کالیبراسیون مدل استفاده شد. نتایج اسنخراج شده نیرو-جابجایی در هر دو روش تجربی و عددی با یکدیگر مطابقت دارد. از نتایج میتوان نتیجه گرفت که پارامتر تنش سهمحوره تأثیر مستقیم بر کرنش شکست دارد، در حالیکه پارامتر زاویه لود تأثیر غیرخطی بر رفتار شکست از خود نشان میدهد. همچنین تغییرات جزئی در هندسه نمونهها منجر به تفاوت قابلتوجهی در مقادیر نهایی کرنش شکست خواهد شد. در مجموع، مطالعه حاضر بر روی زنگنزن 321 نشان میدهد که در بازه تنش سهمحوره 0/63- تا 0/6 و بازه پازامتر زاویه لود 0/78- تا 1 مقدار کرنش شکست از 0/6 تا 0/9 تغییر میکندhttps://mej.aut.ac.ir/article_5827_95cfcaaa9417bc9a50f0a92230ea067e.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603257520250723Design and Construction of An Electro-Hydrodynamic Thruster for Use in a Flying Microrobotطراحی و ساخت یک پیشران الکتروهیدرودینامیکی جهت استفاده در میکروربات پرنده567588584110.22060/mej.2025.24284.7853FAاسماعیلچشمه ای نیامجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایرانروح اللهخوشخومجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایرانJournal Article20250613This paper deals with the design and construction of a propeller for use in a flying micro robot using controlled electro-hydrodynamic current corona discharge. One example of plasma actuators is corona plasma actuators, which are created by a high-voltage electrode with a small radius of curvature as the emitter and another electrode as the collector, which are located at a certain distance from each other. In this research, micro robot-scale aerial vehicles with a weight of less than 100 mg and a characteristic length of less than 5 cm were investigated using an electro-hydrodynamic actuator based on corona discharge actuators. In this research, by examining the use of different aluminum metal alloys (T3, 1100, 2024, 7050, and 7075), an optimal weight for the collector and the optimal weight and necessary strength (T3 aluminum alloy) for the emitter were obtained. The results of this study showed, it is concluded that, in negative corona, increasing the voltage in the single-emitter sample has a significant effect on reducing the production efficiency compared to the dual-emitter propellant.این مقاله به طراحی و ساخت یک پیشران جهت استفاده در میکروربات پرنده یا میکرو پهپاد با استفاده از تخلیه کرونای کنترل شده جریان الکترهیدرو دینامیکی پرداخته است، یکی نمونه از عملگرهای پلاسما، عملگرهای پلاسمای کرونا میباشد که به وسیله یک الکترود دارای ولتاژ بالا با شعاع انحنای کوچک بهعنوان ساطع کننده(امیتر) و الکترود دیگر بهعنوان جمع کننده(کالکتور) که در فاصله معینی از یکدیگر قرار دارند، ایجاد میشود. در این تحقیق، به بررسی وسایل پرنده هوایی در مقیاس میکروروبات با وزن کمتر از 100 میلیگرم و طول مشخصه کمتر از 5 سانتیمتر با استفاده از محرک الکتروهیدرودینامیکی مبتنی بر تخلیه عملگرهای کرونا پرداخته شده است. تولید نیروی پیشران تقریبا ًبیسر و صدا و بدون استفاده از قطعات متحرک است. در این تحقیق، با بررسی استفاده از آلیاژهای مختلف فلز آلومینیوم (تی3[1]، 1100 ، 2024، 7050 و 7075) به یک وزن بهینه برای کالکتر و وزن بهینه و استحکام لازم برای امیتر به دست آمد. در نتیجه مدل تک امیتری و در نهایت مدل دو امیتری ساخته شد و نتایج به دست آمده بر مورد بحث و بررسی قرار گرفت. تراست تولیدی حالت دو امیتری در کرونای منفی، 79 درصد بیشتر از حالت تک امیتری است و در حالت دو امیتری، تراست تولیدی در تخلیه کرونای منفی، 44 درصد بیشتر از تخلیه کرونای مثبت میباشد، همچنین در کرونا منفی، افزایش ولتاژ در نمونه تک امیتری تاثیر بسزایی در کاهش راندمان تولیدی نسبت به پیشران دو امیتری دارد.https://mej.aut.ac.ir/article_5841_845e38ff348d1964475b38e6c8e1114e.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603257520250723Comparative Feasibility Study of Two Direct Expansion Solar Water Heater Heat Pump Systems in Rasht Climateامکانسنجی مقایسهای دو سیستم پمپ حرارتی آبگرمکن خورشیدی انبساط مستقیم در آب و هوای رشت589610584310.22060/mej.2025.24414.7866FAوحیدرضائیگروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایرانابوذرتقی زادهگروه مهندسی برق، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایرانمجتبیمعصوم نژادگروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایرانJournal Article20250717In this research, an experimental and numerical comparative study has been conducted on two systems: conventional heat pump (ASHP) and direct expansion solar water heater heat pump (DX-SAHP) for the potential of hot water production. The system (DX-SAHP) consists of a flat plate solar collector as an evaporator, a rotary hermetic compressor with R134a refrigerant, a capillary tube as an expansion valve, and a submerged finned spiral condenser and a 100-liter water storage tank. The simulation results were used to achieve optimal system design and determine the appropriate strategy for four operating conditions: sunny day, cloudy day, clear night, and cloudy night. The simulation results were used to achieve optimal system design and determine the appropriate strategy for four operating conditions: sunny day, cloudy day, clear night, and cloudy night. The performance of both systems has been investigated experimentally and numerically. The effects of operating conditions (air temperature, water temperature, solar radiation intensity, etc.) have been analyzed and a comparison of performance under different operating conditions between the two systems has been made. The results show that under sunny day conditions, the coefficient of performance (COP) of the (DX-SAHP) system is significantly higher than that of (ASHP). Under cloudy day conditions, the coefficient of performance of both systems is almost the same, and under night conditions, especially under clear night conditions, (DX-SAHP) shows poor performance due to poor performance of convective heat exchange of solar collector-evaporator and radiant heat loss to the night sky.در این پژوهش، مطالعه مقایسهای تجربی و عددی بر روی دو سیستم پمپ حرارتی معمولی و پمپ حرارتی آبگرمکن انرژی خورشیدی انبساط مستقیم برای پتانسیل آب گرم مصرفی انجام شده است. سیستم پمپ حرارتی آبگرمکن انرژی خورشیدی انبساط مستقیم شامل کلکتور خورشیدی تخت به عنوان تبخیرکننده، یک کمپرسور هرمتیک از نوع چرخشی با مبرد R134a، یک لوله مویین به عنوان شیر انبساط و یک کندانسور مارپیچی پرهدار غوطهور و یک مخزن ذخیره آب 100 لیتری است. نتایج شبیهسازی برای دستیابی به طراحی بهینه سیستم و تعیین استراتژی مناسب برای چهار شرایط عملیاتی روز آفتابی، روز ابری، شب صاف و شب ابری مورد استفاده قرار گرفت. عملکرد هر دو سیستم به صورت تجربی و عددی بررسی شده است. تأثیرات شرایط عملیاتی (دمای هوا، دمای آب، شدت تابش خورشیدی و غیره) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و مقایسه عملکرد تحت شرایط عملیاتی مختلف بین دو سیستم انجام شده است. نتایج نشان میدهد که در شرایط روز آفتابی، ضریب عملکرد سیستم پمپ حرارتی آبگرمکن انرژی خورشیدی انبساط مستقیم به طور قابل توجهی بالاتر از سیستم پمپ حرارتی معمولی است. در شرایط روز ابری، ضریب عملکرد هر دو سیستم تقریباً یکسان است و در شرایط شب، به ویژه در شرایط شب صاف، سیستم پمپ حرارتی آبگرمکن انرژی خورشیدی انبساط مستقیم به دلیل عملکرد ضعیف تبادل حرارت همرفتی اواپراتور- کلکتور خورشیدی و اتلاف حرارت تابشی به آسمان در شب، عملکرد ضعیفی را نشان میدهد.https://mej.aut.ac.ir/article_5843_955e5c9e18d27b731de5fa02f422b687.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603257520250723Using Integrated Predictive Model Control in the Simulation of Stability and Traction Control of an Electric Vehicleاستفاده از کنترلکننده مدل پیشبین یکپارچه در شبیهسازی کنترل پایداری و کشش یک خودروی الکتریکی611632584710.22060/mej.2025.24465.7872FAمحمدرضافاضلدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران.میلادیزدانپناهدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران.Journal Article20250726Two of the main challenges of electric vehicles are ensuring stability and preventing wheel slippage. In the electric vehicle in this article, each wheel has an independent electric motor, and this conventional vehicle is at a lower level than the autonomous and self-driving types. The body of this car has three degrees of freedom, and the wheel has three too, which is suitable for moving on a flat road surface. The governing differential equations are obtained using the Newton-Euler method. After mathematical modeling and determining the nonlinear state space for the vehicle and wheel, the equations are verified by comparison with the CarSim software. Furthermore, both the control or ensuring of vehicle stability and the control of traction or avoiding slippage are carried out with the help of an integrated predictive model controller, in which there is no interference or failure to the controller. In similar articles, separate controllers have been used, or they have been implemented in a hierarchical and cascaded manner, which will be subject to interference and disruption. In addition, in this controller, a cost function is considered to minimize the desired indicators and optimize them to satisfy the constraints of the problem. Simulation results show that this controller has been successful in both stability control and traction control based on the European automotive standard, and the results obtained are reliable.دو مورد از چالشهای اصلی خودروهای الکتریکی، تضمین پایداری و عدم لغزش چرخهاست. در خودروی الکتریکی این مقاله، هریک از چرخها دارای موتور الکتریکی مستقل است و این خودروی معمولی از انواع خودمختار و خودران در سطح پایینتری قرار دارد. برای بدنه این خودرو سه درجه آزادی و برای چرخ آن نیز سه درجه آزادی منظور شده است که برای حرکت بر سطح تخت یک جاده، مناسبت دارد. معادلات دیفرانسیل حاکم از روش نیوتن-اویلر بهدست آمدهاند. پس از مدلسازی ریاضی و تعیین فضای حالت غیرخطی برای خودرو و چرخ، راستیآزمایی معادلات از مقایسه با نرمافزار خودرویی کارسیم اثبات شده است. در ادامه، هر دو موضوع کنترل یا تضمین پایداری خودرو و کنترل کشش چرخ یا پرهیز از لغزش به کمک یک کنترلکننده یکپارچه از نوع مدل پیشبین انجام شده است، در این صورت تداخل عملکرد و اختلال برای کنترلکننده پدید نمیآید. در مقالات مشابه، یا کنترلکنندههای مجزا و از انواع مختلف بهکار رفتهاند و یا به صورت سلسهمراتبی و آبشاری تعبیه شدهاند که مشمول تداخل و اختلال خواهند بود. بعلاوه در این کنترلکننده، تابع هزینهای برای کمینهکردن شاخصهای مدنظر و بهینهسازی در نظر گرفته شده است تا قیدهای مسئله برآورده شوند. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که این کنترلکننده بر اساس استاندارد اروپایی خودرو در هر دو مورد کنترل پایداری و کنترل کشش موفق بوده است و نتایج بهدست آمده قابل اعتماد هستند.https://mej.aut.ac.ir/article_5847_f58a2238aa711efb317867b9a024651d.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603257520250723Thermoeconomic Analysis of a Polygeneration System for Flare Gas Recovery with Crude Oil Preheatingتحلیل ترمودینامیکی - اقتصادی سامانه چندمنظوره بازیافت گاز فلر همراه با پیشگرمایش نفت خام633662584810.22060/mej.2025.24492.7875FAمصطفیمحبوبیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایرانقنبرعلیشیخ زادهدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایرانابوالفضلفتاحیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایرانJournal Article20250730<span style="letter-spacing: .05pt;">Flare gas, a byproduct of oil extraction, is usually burned without useful application, despite having a high potential for energy recovery. This study has designed and analyzed a polygeneration system for utilizing flare gas to simultaneously produce power, fresh water, hydrogen, and heat. The proposed system includes a supercritical carbon dioxide power cycle, a thermoelectric generator, crude oil preheating, a reverse osmosis desalination unit, and hydrogen production in a proton exchange membrane electrolyzer. Modeling was performed using Engineering Equation Solver software and evaluated through energy, exergy, and exergoeconomic analyses. The novelty of the study lies in presenting an integrated system that optimizes multi-product generation from flare gas to meet industrial and domestic demands. The basic design results indicate an energy efficiency and exergy efficiency of 83.24% and 23.56%, a net output power of 12.23 MW, and a thermal load capacity of 13.39 MW. Hydrogen production is 60.93 kg/day, fresh water production is 106.7 kg/s, and the total exergy product cost rate, total exergy destruction cost rate, and total investment cost are 2,982.96, 347.58, and 645.84 $/h, respectively, with a payback period of 1.72 years. </span><span style="letter-spacing: .05pt;">Finally, the impact of key parameters on the system performance has been examined using sensitivity analysis.</span>گاز فلر، محصول جانبی استخراج نفت، معمولاً بدون استفاده مفید سوزانده میشود درحالی که ظرفیت بالایی برای بازیافت انرژی دارد. در این پژوهش به طراحی و تحلیل یک سامانه چندمنظوره برای استفاده از گاز فلر در تولید همزمان توان، آب شیرین، هیدروژن و حرارت پرداخته شده است. سامانه پیشنهادی شامل چرخه توان کربندیاکسید فوقبحرانی، مولد ترموالکتریک، پیشگرمایش نفت خام، واحد نمکزدایی اسمز معکوس و تولید هیدروژن در الکترولایزر غشای تبادل پروتون است. مدلسازی با نرمافزار حلگر معادلات مهندسی انجام و با تحلیلهای انرژی، اگزرژی و اگزرژی-اقتصادی ارزیابی شده است. نوآوری پژوهش ارائه سامانهای یکپارچه بوده که با استفاده از گاز فلر تولید چند محصول را بهینه کرده و نیازهای صنعتی و خانگی را تأمین میکند. نتایج طراحی پایه نشان میدهد بازده انرژی و اگزرژی بهترتیب 83/24% و 23/56%، توان خالص خروجی 12/23مگاوات و ظرفیت بار حرارتی 13/39 مگاوات است. تولید هیدروژن 60/93کیلوگرم در روز، آب شیرین 7/106 کیلوگرم بر ثانیه، نرخ کل هزینههای تولید اگزرژی، تخریب اگزرژی و سرمایهگذاری بهترتیب 96/2982، 347/58 و 645/84 دلار بر ساعت و دوره بازگشت سرمایه 1/172 سال محاسبه شده است. در نهایت، تأثیر متغیرهای کلیدی بر عملکرد سامانه به کمک تحلیل حساسیت بررسی شده است.https://mej.aut.ac.ir/article_5848_76b1c65c66014bbdf1a0eb3b024183c5.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603257520250723Study of the Effect of the Stress-Strain Range from a Uniaxial Tensile Test on the Hyperelastic Modeling of a Polyurethane Sealing Discمطالعه اثر محدوده داده آزمون کشش تک-محوره بر مدل هایپرالاستیک جهت مدلسازی دیسک آببند پلییورتانی663682585210.22060/mej.2025.24318.7858FAسالارجوزانیمرکز پژوهش و فناوری خط لوله (PRTC)، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران.محمدحسینسورگیمرکز پژوهش و فناوری خط لوله (PRTC)، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران.Journal Article20250625Pipeline systems are the primary means of transporting materials in many industries. Cleaning, inspecting, and overhauling these systems are crucial for maintaining their efficiency. Pipeline pigging is one of the most effective methods for cleaning and sealing pipelines. Therefore, studying the behavior of the sealing elements of pigs as they pass through steel pipes is essential to prevent blockages and ensure smooth operation. One of the key procedures in simulating the sealing discs, as the primary sealing elements of the pig, is predicting the hyperelastic behavior of these elastomers, which can endure large strains. However, the range of strain experienced in the present simulation is smaller than that observed in uniaxial tensile tests. Therefore, selecting the optimal range of data from the stress-strain curve is a significant challenge in accurately calculating the hyperelastic model coefficient. To ensure a more precise analysis, experimental tests were conducted to validate the numerical results. In this study, three sealing discs with different thicknesses were tested in four steel pipes with varying wall thicknesses. The numerical results indicate that using an inappropriate range of stress-strain data from uniaxial tensile tests can lead to a discrepancy of up to 25%, which is considerable.استفاده از خطوط لوله یکی از اصلیترین روشهای انتقال مواد در صنایع مختلف است. در این میان، تمیزکاری و بازرسی دورهای لولهها نقش مهمی در افزایش بهرهبرداری و بازدهی سیستم ایفا میکند. توپکرانی یکی از مؤثرترین روشها برای تمیزکاری، بازرسی و همچنین ایجاد آببندی درون لولههاست. بررسی رفتار المانهای توپک حین عبور از لولههای فلزی، برای جلوگیری از گیر افتادن و انسداد آنها، ضروری بهنظر میرسد. یکی از مراحل کلیدی در مدلسازی و تحلیل عددی دیسکهای آببند پلییورتانی، که مهمترین جزء آببندی در توپکها محسوب میشوند، تخمین رفتار هایپرالاستیک این مواد است؛ چراکه این الاستومرها قادر به تحمل کرنشهای بزرگ هستند. با این حال، محدوده کرنش واقعی دیسکها در کاربرد عملی، کوچکتر از مقادیر دادهشده در آزمونهای کشش است. در نتیجه، انتخاب دقیق بازه دادههای تنش-کرنش برای محاسبه ضرایب مدلهای هایپرالاستیک، یکی از چالشهای مهم در تعریف این مواد در شبیهسازی عددی محسوب میشود. بهمنظور بررسی دقیقتر، آزمون تجربی توپکرانی تکدیسک برای سه دیسک با ضخامتهای مختلف در چهار لوله فلزی با ضخامت دیواره متفاوت انجام شد. نتایج این آزمون برای صحتسنجی تحلیل عددی مورد استفاده قرار گرفت. بررسیها نشان دادند که استفاده نامناسب از دادههای تنش-کرنش میتواند منجر به تغییر نتایج تا ۲۵ درصد در بازه مورد مطالعه گردد.https://mej.aut.ac.ir/article_5852_c5061d30779a3820539e566579b86162.pdf