دانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603258120260321Analytical–Numerical Analysis of the Mechanical Behavior of the Central Thermocouple Protection Tube in a Direct Reduction Furnaceبررسی تحلیلی-عددی رفتار مکانیکی غلاف ترموکوپل مرکزی در کوره احیای مستقیم612510.22060/mej.2026.25299.7936FAحسنرحیم زاده مقدمدانشگاه حکیم سبزواری، دانشکده فنی مهندسی، گروه مهندسی مکانیکیدالهعلی نیادانشگاه حکیم سبزواری، دانشکده فنی مهندسی، گروه مهندسی مکانیک0000-0001-8475-7382محسنتقی زادهدانشگاه حکیم سبزواری، دانشکده فنی مهندسی، گروه مهندسی مکانیک0000-0003-1945-6131Journal Article20251219In this study, the failure of the central thermocouple protection tube, as the main temperature-monitoring instrument in direct-reduction furnaces, has been investigated. The failure of this critical component causes disturbances in the production process and increases maintenance costs. The aim of this research is to identify the mechanisms affecting failure and to present a scientific framework for optimizing the design and increasing the service life of the tube. For this purpose, using the finite element method and the coupled Eulerian–Lagrangian approach in the ABAQUS software, the dynamic flow of granular materials and the pressure distribution along the central axis of the furnace, at the location of the thermocouple protection tube, were simulated. The developed numerical model was compared and validated with conventional analytical models, including the Janssen model and the Eurocode design standard. Then, different failure mechanisms, including yielding, fatigue, creep, and their combined effect, were examined. The results showed that at the operating temperature of 800 °C, the creep mechanism is the main factor reducing the durability and service life of the tube. In addition, the geometry and material of the tube play a decisive role in its stress behavior and operational life. The proposed model, by combining numerical analyses and classical relations, provides a reliable framework for predicting the service life and optimal design of the tube, which can increase reliabilityدر این پژوهش، مسئله خرابی غلاف محافظ ترموکوپل مرکزی بهعنوان ابزار اصلی پایش دما در کورههای احیای مستقیم، مورد بررسی قرار گرفته است. خرابی این قطعه حیاتی موجب اختلال در فرآیند تولید و افزایش هزینههای نگهداری میشود. هدف این پژوهش، شناسایی مکانیزمهای مؤثر بر خرابی و ارائه چارچوبی علمی برای بهینهسازی طراحی و افزایش عمر غلاف است. بدین منظور، با استفاده از روش اجزای محدود و رویکرد کوپل اویلری–لاگرانژی در نرمافزار آباکوس، جریان دینامیکی مواد دانهای و توزیع فشار در امتداد محور مرکزی کوره، محل قرارگیری غلاف ترموکوپل، شبیهسازی گردید. مدل عددی توسعهیافته با نتایج مدلهای تحلیلی متداول از جمله مدل جانسن و استاندارد طراحی یوروکد مقایسه و صحتسنجی شد. سپس، مکانیزمهای مختلف خرابی شامل تسلیم، خستگی، خزش و اثر ترکیبی آنها بررسی گردید. نتایج نشان داد که در دمای کاری 800 درجه سانتیگراد، مکانیزم خزش عامل اصلی کاهش دوام و عمر غلاف است. همچنین هندسه و جنس غلاف نقش تعیینکنندهای در رفتار تنشی و عمر کاری آن دارند. مدل ارائهشده با ترکیب تحلیلهای عددی و روابط کلاسیک، چارچوبی معتبر برای پیشبینی عمر و طراحی بهینه غلاف فراهم کرده است که میتواند موجب افزایش قابلیت اطمینان و کاهش هزینههای تعمیر و نگهداری در کورههای احیای مستقیم شود.https://mej.aut.ac.ir/article_6125_6e3b0bf8b7d5956ae572b15cd7ddb0e1.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603258120260321Free Vibration Analysis of Auxetic-Core Sandwich Plate in Contact with Fluid by Layer Theoryبررسی ارتعاش آزاد ورق ساندویچی با هسته آگزتیک در تماس با سیال بر اساس تئوری لایهای613310.22060/mej.2026.24883.7905FAکوروشخورشیدیگروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران0000-0002-7321-972Xعلیرضاپاکرویانگروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک، اراک، ایرانپیمانیوسفیگروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک، اراک، ایرانعلیپورمهدیگروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایرانJournal Article20251009In this article, the free vibration characteristics of a rectangular sandwich plate with a honeycomb core are investigated when the plate is positioned on the wall of a fluid-filled tank. The sandwich plate consists of two thin aluminum facesheets and an austenitic aluminum honeycomb core. To homogenize the honeycomb core, in addition to the classical Mlok–Gibson model, one of the latest available models, namely the Tournabene model, is employed to provide an innovative approach in this study. To model the dynamic behavior of the sandwich plate, three distinct analytical models are presented, and the advantages and limitations of each are discussed. The equations of motion are derived from Hamilton’s principle, and a layered analytical model is used to simulate the sandwich plate with Navier boundary conditions in contact with the fluid. In the fluid–structure interaction, the fluid is assumed to be ideal, incompressible, irrotational, and inviscid, and the coupling effect between the plate and the fluid in the transverse direction is considered, while shear effects are neglected. The analytical methods and homogenization relations are validated against prior research and three-dimensional finite-element simulations. Finally, the influence of parameters such as the dimention of the tank-to-plate length ratio, the fluid height from the bottom edge, the plate’s position on the wall, and the honeycomb-cell geometry on the submerged natural frequencies is analyzed and compared.در این مقاله، مشخصههای ارتعاش آزاد ورق ساندویچی مستطیلی با هسته لانهزنبوری آگزتیک که در دیواره مخزن حاوی سیال جایگیری شده است، بررسی میشود. ورق ساندویچی از دو رویه آلومینیومی نازک و هسته لانهزنبوری آگزتیک از جنس آلومینیوم تشکیل شده است. برای همگنسازی هسته لانهزنبوری، علاوه بر مدل کلاسیک مالک–گیبسون، از یکی از جدیدترین مدلهای موجود یعنی مدل تورنابن استفاده شده است تا رویکرد نوآورانه در این تحقیق می باشد.. به منظور مدلسازی رفتار دینامیکی ورق ساندویچی، سه مدل تحلیلی متفاوت ارائه و مزایا و محدودیتهای هر یک از آنها مورد بحث قرار گرفته است. برای استخراج معادلات حرکت از اصل همیلتون استفاده شده و از مدل تحلیلی لایهای برای شبیهسازی ورق ساندویچی با شرط مرزی ناویر و در تماس با سیال بهره گرفته شده است. در اندرکنش سیال–سازه، سیال بهصورت ایدهآل غیرقابل تراکم، غیرچرخشی و غیرلزج در نظر گرفته شده است و اثر برهمکنش ورق و سیال در راستای عرضی ورق فرض و اثرات برشی نادیده گرفته میشود. روشهای تحلیلی و روابط همگنسازی با استناد به پژوهشهای پیشین و همچنین شبیهسازی المان محدود سهبعدی صحتسنجی شدهاند. در پایان، اثر پارامترهایی مانند نسبت ابعاد مخزن به طول ورق، ارتفاع سیال از لبه پایین، موقعیت ورق در دیواره و هندسه سلول لانهزنبوری بر فرکانسهای طبیعی مرطوب تحلیل و مقایسه شدهاند..https://mej.aut.ac.ir/article_6133_c5df4f4eabf1cbcfeb50fbbf97c5289f.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603258120260321Calibration and validation of a ductile failure model for ST-37 steel under various stress statesکالیبراسیون و اعتبارسنجی مدل شکست نرم برای فولاد ST-37 تحت حالتهای مختلف تنش613410.22060/mej.2026.25765.7969FAمحسنمنصوریدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایرانسیدمهدیگنجیانیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران0000-0001-9839-7795Journal Article20260428In this research, the effects of stress triaxiality and the Lode angle parameter on the ductile fracture behavior of ST-37 steel have been studied in detail. To investigate negative stress triaxiality conditions, uniaxial tensile and compression tests were performed on specimens with specific geometries, including dog-bone shaped specimens and notched specimens with elliptical holes. These experiments enabled the creation of negative stress triaxiality values within the range of -0.348 to -0.456. A combined approach, encompassing both experimental and numerical methods, was employed for the accurate analysis of fracture behavior. In the numerical part, the Ganjiani fracture model, considering damage parameters, was implemented through finite element simulations in Abaqus software, utilizing the VUHARD and VUSDFLD user subroutines. The comparative analysis of experimental and numerical results demonstrated a significant agreement in predicting the fracture strain. Numerical evaluations further revealed that fracture concentrates in regions with the highest plastic strain. These findings support the notion that stress triaxiality plays a crucial role in ductile fracture. Furthermore, it was observed that the trends in fracture strain variations under both positive and negative stress triaxiality are similar and consistent. This research provides deep insights into the fracture mechanisms of ST-37 steel under complex stress conditions.در این پژوهش، اثرات تنش سهمحوره و پارامتر زاویه لود بر رفتار شکست نرم در فولاد ST-37 به تفصیل مورد مطالعه قرار گرفته است. به منظور بررسی شرایط تنش سهمحوره منفی، آزمایشهای کشش و فشار تکمحوره بر روی نمونههایی با هندسههای خاص، از جمله نمونههای دمبلیشکل و نمونههای ناچدار با سوراخهای بیضوی، انجام پذیرفت. این آزمایشها امکان ایجاد مقادیر تنش سهمحوره منفی در بازه 348/0- تا 456/0- را فراهم آوردند. رویکردی ترکیبی که شامل روشهای تجربی و عددی بود، برای تحلیل دقیق رفتار شکست به کار گرفته شد. در بخش عددی، مدل شکست گنجیانی، با لحاظ کردن پارامترهای آسیب، از طریق شبیهسازی اجزای محدود در نرمافزار آباکوس و با بهرهگیری از زیرروالهای VUHARD و VUSDFLD پیادهسازی گردید. نتایج حاصل از مقایسه تحلیلهای تجربی و عددی، تطابق قابل ملاحظهای را در پیشبینی کرنش شکست نشان دادند. ارزیابی عددی همچنین آشکار ساخت که تمرکز شکست در نواحی با بیشترین میزان کرنش پلاستیک رخ میدهد. این یافتهها مؤید این مطلب هستند که تنش سهمحوره تأثیر بسزایی بر شکست نرم ایفا میکند. علاوه بر این، مشاهده شد که روند تغییرات کرنش شکست در شرایط تنش سهمحوره مثبت و منفی، مشابه و همسان است. این تحقیق بینش عمیقی در مورد مکانیسمهای شکست در فولاد ST-37 تحت شرایط تنش پیچیده ارائه میدهد.https://mej.aut.ac.ir/article_6134_1ca5c750a30312d1919ae6a4d636dcc4.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603258120260321Bio-inspired Artificial Flapping Wings: Structural Optimization Based on Dragonfly Wing Morphological Patternsبالهای بالزن مصنوعی الهامگرفته از طبیعت: بهینهسازی سازهای بر اساس الگوهای مورفولوژیک بال سنجاقک614210.22060/mej.2026.25931.7982FAابراهیمبهرامیاندانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایرانمجیدعلی طاولیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایرانعلیباستیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایرانحامدرجبیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ساوتبنک لندن (LSBU)، لندن، انگلیسJournal Article20260528Dragonfly wings achieve high maneuverability and aerodynamic performance through a system relying on passive mechanical control. This study investigates the structural patterns affecting wing deformation by integrating geometric morphometrics of the dragonfly wing and a parametric optimization framework. In this regard, a parametric model of the wing was developed in the Grasshopper environment to evaluate the effect of planform patterns, longitudinal vein networking, the geometry of triangular elements, and the pterostigma on deformation modes. By employing the Octopus multi-objective evolutionary algorithm, the trade-offs among mass, strain energy, and structural stiffness were analyzed. The results showed that optimal configurations inevitably face a bending-twisting trade-off. A comparative analysis between the optimized configurations and the wing morphology of Tramea and Potamarcha species from the Libellulidae family revealed aligned functional trends, indicating the key role of mechanical efficiency in the evolution of the internal wing structure. Furthermore, dynamic analysis demonstrated that despite the complexity of the wing structure, frequency modes have a direct correspondence with static responses, such that the vibrational behavior of the wing responds well to changes and modifications applied in the static state. Ultimately, this research presents a simplified, bio-inspired design paradigm for the development of flapping Micro Air Vehicles (MAVs); an achievement that lays the groundwork for fabricating physical prototypes and conducting experimental dynamic flight tests in future studies.بالهای سنجاقک از طریق یک سیستم متکی بر کنترل مکانیکی غیرفعال (Passive)، به مانورپذیری و عملکرد آیرودینامیکی بالایی دست مییابند. این مطالعه با ادغام ریختسنجی هندسی از بال سنجاقک و یک چارچوب بهینهسازی پارامتریک، الگوهای سازهای مؤثر بر تغییرشکل بال را بررسی میکند. در این راستا، یک مدل پارامتریک از بال در محیط Grasshopper توسعه یافت تا اثر الگوهای پلنفرم، شبکهبندی رگههای طولی، هندسه المانهای مثلثی و تروستیگما بر مدهای تغییرشکل ارزیابی شود. با بهکارگیری الگوریتم تکاملی چندهدفه Octopus، موازنههای میان جرم، انرژی کرنشی و سختی سازهای تحلیل گردید. نتایج نشان داد که پیکربندیهای بهینه ناگزیر با یک تضاد عملکردی (Trade-off) خمش–پیچش مواجهاند. تحلیل تطبیقی میان پیکربندیهای بهینهشده و مورفولوژی بال گونههای Tramea و Potamarcha از خانواده Libellulidae روندهای عملکردی همسویی را نشان داد که بیانگر نقش کلیدی کارایی مکانیکی در تکامل ساختار داخلی بال است. افزون بر این، تحلیل دینامیکی نشان داد که علیرغم پیچیدگی ساختار بال، مدهای فرکانسی تناظر مستقیمی با پاسخهای استاتیکی دارند؛ بهگونهای که رفتار ارتعاشی بال بهخوبی به تغییرات و اصلاحات اعمالشده در حالت استاتیک واکنش نشان میدهد. این پژوهش در نهایت یک الگوی طراحی سادهسازیشده و الهامگرفته از طبیعت برای توسعه ریزپرندههای بالزن (MAVs) ارائه میکند؛ دستاوردی که زمینهساز ساخت نمونههای فیزیکی و آزمونهای تجربی پرواز دینامیکی در پژوهشهای آتی خواهد بود.https://mej.aut.ac.ir/article_6142_7d4ba7006351436c35e283b0be8ff56c.pdfدانشگاه صنعتی امیرکبیرنشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر2008-603258120260321Experimental investigation of surge instability in the centrifugal compressor voluteبررسی تجربی ناپایداری سرج در محفظه حلزونی کمپرسور گریز از مرکز614810.22060/mej.2026.25441.7946FAامینانجم روزدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایرانمحمدصادقکریمیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایرانJournal Article20260125Surge, as one of the most important operational instabilities of centrifugal compressors, especially at low mass flow rates, can cause severe pressure fluctuations, reverse flow, and mechanical damage. In this study, surge instability in a turbocharger-based centrifugal compressor was investigated experimentally and at high rotational speeds. First, the compressor characteristic curve was extracted at several rotational speeds. Then, rapid data acquisition was performed at a rate of 1000 samples per second and in an interval of 3 seconds, at speeds of 57000, 80000, and 90000 rpm, and the static pressure was recorded at three points in the volute region. Statistical and frequency domain analysis using fast Fourier transform were used to identify instability indicators. The results showed that at speeds of 57000 and 80000 rpm, the changes in standard deviation with decreasing mass flow rate were limited and it was not possible to detect a definite surge entry based on this alone; in contrast, at speed of 90000 rpm, a noticeable increase in the amplitude of pressure fluctuations was observed. Also, in the unstable state, a dominant frequency component around 47 Hz was clearly excited and was strengthened by decreasing the mass parameter. Comparison of measurement points showed that the intensity of fluctuations was maximum at the end of volute, before its outlet and the amplitude of pressure fluctuations increased by about 2.6 times.پدیده سرج بهعنوان یکی از مهمترین ناپایداریهای عملکردی کمپرسورهای گریز از مرکز، بهویژه در دبیهای جرمی پایین، میتواند موجب نوسانات شدید فشار، جریان بازگشتی و آسیبهای مکانیکی گردد. در این تحقیق، ناپایداری سرج در یک کمپرسور گریز از مرکز مبتنی بر توربوشارژر، بهصورت تجربی و در سرعتهای دورانی بالا بررسی شد. ابتدا منحنی مشخصه کمپرسور در چند سرعت دورانی استخراج گردید. سپس دادهبرداری سریع با نرخ 1000 نمونه بر ثانیه و در بازه 3 ثانیه، در سرعتهای 57000، 80000 و 90000 دور بر دقیقه انجام شد و فشار استاتیک در سه نقطه از مسیر جریان (بهویژه در محدوده حلزونی) ثبت گردید. تحلیل آماری و تحلیل حوزه فرکانس با استفاده از تبدیل فوریه سریع برای شناسایی شاخصهای ناپایداری به کار رفت. نتایج نشان داد که در سرعتهای 57000 و 80000 دور بر دقیقه تغییرات انحراف معیار با کاهش دبی جرمی محدود بوده و تشخیص ورود قطعی به سرج صرفاً بر این اساس امکانپذیر نیست؛ در مقابل، در سرعت 90000 دور بر دقیقه افزایش محسوس دامنه نوسانات فشار مشاهده شد. همچنین در حالت ناپایدار، یک مؤلفه فرکانسی غالب در حوالی 47 هرتز بهطور مشخص برانگیخته شده و با کاهش پارامتر جرمی تقویت گردید. مقایسه نقاط اندازهگیری نشان داد شدت نوسانات در قسمت انتهایی حلزونی و قبل از خروجی آن بیشینه بوده و دامنه نوسانات فشار تا حدود 2.6 برابر افزایش یافته است.https://mej.aut.ac.ir/article_6148_30c0a496a57bcc2c7c6c481342526729.pdf