چکیده

تولید سلولی یکی از مهمترین کاربردهای تکنولوژی گروهی در محیط تولیدی امروزی است. در یک سلول تولیدی، قطعات (کارها) با زمان های راه اندازی وشرایط ابزار مشابه به عنوان خانواده قطعات در نظر گرفته می شوند. در یک محیط سلولی، نوعی از ماشین­ها ویا قطعات با یکدیگر درون خانواده قطعات گروه بندی می­شوند. مسائل چیدمان سلولی عمدتاً به چینش ماشین ها و ترتیب دهی خانواده قطعات مربوط می شوند به طوری که هر سلول تولیدی به تولید تعداد معینی از خانواده قطعات می پردازد. هنگامی که هر قطعه بر روی هر ماشین به همان ترتیب تخصصی یک سلول تولیدی پردازش شود، آنگاه این سلول، سلول تولیدی خط جریان نامیده می شود. این پایان نامه به بررسی مسئلهقیمت گذاری قطعات، تعیین میزان تولید از هر قطعه، تعیین ماشین ها ی موجود در هر سلول در هر دوره و همچنین چگونگی تخصیص قطعات درون سلول ها بر اساس خانواده قطعات در جهت حداکثر کردن سود می پردازد تا کنون در هیچ کدام از مدل های موجود تاثیر تعیین قیمت قطعات بر روی شکل دهی سلول ها بررسی نشده است. از آنجایی که بدست آوردن حداکثر سود مهمترین هدف در تولید می باشد لذا تعیین مناسب ترین قیمت و بهترین حجم تولید جهت حداکثر کردن سود با اهمیت به نظر می رسد. تعیین قیمت مناسب با توجه به هزینه های مختلف تولید، حجم تولید مناسب را تعیین می کند و این تغییر در میزان تولید در هر دوره باعث تغییر در شکل سلول ها می گردد. در این پایان نامه یک مدل ریاضی برای این مسئله در حالت پویا، ارائه شده است که در آن هدف بیشینه کردن سود و مدیریت درآمدها بوسیله تعیین قیمت و حجم تولید با در نظر گرفتن هزینه های حاصل از جابجایی مواد، جابجایی و نگهداری ماشین ها و هزینه تولید وابسته به ماشین می باشد.

 

فهرست

فصل اول. 8

1-1 : مقدمه. 9

2-1 : ساختار پایان نامه. 12

فصل دوم. 13

ادبیات موضوع. 13

1-2: مقدمه (مرور ادبیات): 14

2-2: مساله قیمت گذاری: 14

1-2-2: مرور ادبیات قیمت گذاری پویا: 15

2-2-2: طبقه بندی ادبیات قیمت گذاری پویا 22

1-2-2-2: امکان تدارک مجدد یا عدم امکان تدارک مجدد موجودی(R/NR) 23

2-2-2-2: تقاضای مستقل یا وابسته در طول زمان(D/I) 23

3-2-2-2: مشتریان نزدیک بین یا استراتژیک(M/S) 24

3-2- مرور ادبیات تولید سلولی.. 28

4-2: سیستم تولید سلولی پویا: 31

5-2:  بررسی توابع هدف بکار گرفته شده در ادبیات موضوع CMS و DCMS. 36

6-2: بررسی تقاضا بکار رفته در ادبیات موضوع CMS و DCMS: 38

فصل سوم. 39

زمینه های علمی تحقیق.. 39

1-3 : مقدمه. 40

1-1-3: مدیریت درآمد: 42

1-1-1-3: جایگاه مدیریت درآمد در مدیریت تولید: 43

2-1-1-3: قیمت گذاری پویا: 43

2-1-1-3:توابع تقاضای به كار رفته در مدل: 44

2-1-3: تولید سلولی.. 46

1-2-3 : انواع رویکردهای تولیدی.. 49

1-1-2-3 : چیدمان عملکردی.. 49

2-1-2-3 : چیدمان خطی.. 50

3-1-2-3 : چیدمان سلولی.. 51

2-2-3 : انواع سلول ها و تعریف سلول های تولید انعطاف پذیر. 52

1-2-2-3 : سلولهای سنتی.. 53

2-2-2-3 : سلول های تک ماشینه NC.. 53

3-2-2-3 : سلول های چند ماشینه یکپارچه. 53

4-2-2-3 : سلول های تولید انعطافپذیر. 54

3-3: مزایای مدل پیشنهادی.. 54

4-3:الگوریتم فراابتکاری ژنتیک: 55

5-3 : الگوریتم فراابتكاری شبیهسازی تبرید. 68

6-3 : جمع بندی.. 74

فصل چهارم. 75

ارائه مدل ریاضی.. 75

1-4: مقدمه. 76

 

2-4: ویژگی های کلی مدل ارائه شده: 76

2-3-4: فرضیات مدل: 78

3-4-4: اندیسها: 80

4-4-4: پارامترهای مدل: 81

5-4-4: متغیرهای تصمیم: 82

7-3-4: تابع هدف: 84

8-3-4: محدودیت ها: 85

9-3-4: مثال 1: 86

تحلیل حساسیت مدل ارائه شده: 92

7-4: پیچیدگی مدل ارائه شده 112

8-4 :دو روش حل برای مدل پیشنهادی.. 112

1-8-4 : روش حل فراابتكاری.. 112

2-8-4 : اجزاء و پارامترهای الگوریتم شبیهسازی تبرید. 113

1-2-8-4: نمایش ساختار جواب.. 113

2-2-8-4: انتخاب جواب اولیه. 115

3-2-8-4: انتخاب دمای اولیه. 115

4-2-8-4: مكانیزم ایجاد جواب همسایه. 116

5-2-8-4: مكانیزم كاهش دما 118

6-2-8-4: مكانیزم پذیرش جواب های نامزد شده 118

7-2-8-4: معیارهای توقف الگوریتم شبیهسازی تبرید. 119

3-8-4 : اجزاء و پارامترهای الگوریتم ژنتیک… 119

1-3-8-4: تعریف كروموزم. 119

2-3-8-4:ایجاد جمعیت اولیه. 121

3-3-8-4: مکانیزم نمونه گیری.. 122

4-3-8-4: عمگرهای زنتیک… 122

1-4-3-8-4:عملگرهای تقاطعی.. 122

2-4-3-8-4: عملگرهای جهشی.. 123

5-3-8-4: نخبه گرایی.. 124

6-3-8-4:استراتژی برخورد با محدودیت ها 124

7-3-8-4:معیار توقف الگوریتم. 125

فصل پنجم. 128

1-5 : نتایج تحقیق. 129

2-5 : ارائه پیشنهاد برای تحقیقات آتی.. 130

منابع و مراجع. 131

 

فهرست شکل­ها

شکل1-3: سیستم های تولید انعطاف پذیر در مقیاس بزرگ (لاگن 1991). 41

شکل 2-3:  سیستم های تولید انعطاف پذیر به عنوان كاراترین ابزار كاهش مشكلات فرایند تولید شناخته می شوند(لاگن 1991). 41

شکل3-3: مقایسه توابع مختلف تقاضا ( نمایی- یكنواخت- كسری). 44

شکل 4-3: سیستم تولید سلولی  پویا 48

شکل5-3: چیدمان عملكردی(لاگن 1991). 50

شکل6-3: چیدمان خطی(لاگن 1991). 51

شکل7-3: چیدمان سلولی (لاگن 1991). 52

شکل8-3: مدل تئوری داروین.. 62

شکل 9-3: فلوچارت یک شبیه سازی تبرید کلاسیک ( بابک جوادی 1385). 73

شکل10-4: نحوه پیكره بندی سلول ها در مثال 1. 92

شکل11-4: نحوه پیكره بندی بهینه در مثال 2. 99

شکل12-4: نحوه پیكره بهینه در مثال شماره 3. 102

شکل13-4: نحوه پیكره بندی بهینه در مثال 4. 107

شکل14-4: نحوه پیكره بندی بهینه در مثال 5. 110

شکل15-4: نحوه نمایش کروموزوم. 121

شکل 16-4: عملگرتقاطع. 123

فهرست جداول

جدول1-4: اطلاعات مربوط به ماشین ها 88

جدول2-4: اطلاعات مربوط به زمان پردازش عملیات قطعات بر روی ماشین ها 88

جدول3-4: اطلاعات بدست آمده مربوط به میزان تقاضای پاسخ داده شده وقیمت کالا در هر دوره در مثال 1. 90

جدول4-4: قسمت های مختلف تابع هدف در مثال1. 91

جدول5-4: ماکسیمم تقاضا در هر دوره و حداقل تقاضایی که مجبور به پاسخگویی به آن هستیم. 93

جدول 6-4: اطلاعات بدست آمده مربوط به میزا نتقاضای پاسخ داده شده و قیمت کالا در هر دوره در مثال 2. 97

جدول 7-4: اطلاعات بدست آمده مربوط به شکل سلول ها در مثال 2. 98

جدول 8-4: قسمت های مختلف تابع هدف در مثال 2. 98

جدول 9-4:  ماکسیمم تقاضا در هر دوره و حداقل تقاضایی که مجبور به پاسخگویی به آن هستیم. 100

جدول10-4: اطلاعات بدست آمده مربوط به میزان تقاضای پاسخ داده شده وقیمت کالا در هر دوره در مثال 3. 101

جدول11-4: اطلاعات بدست آمده مربوط به شکل سلول ها در مثال 3. 102

جدول12-4: قسمت های مختلف تابع هدف در مثال 3. 102

جدول 13-4: اطلاعات مربوط به ماشین ها ( مثال4 ). 103

جدول14-4: اطلاعات بدست آمده مربوط به میزان تقاضای پاسخ داده شده و قیمت کالا در هر دوره در مثال 4. 105

جدول15-4: اطلاعات بدست آمده مربوط به شکل سلول ها در مثال 4. 106

جدول16-4: قسمت های مختلف تابع هدف در مثال 4. 106

جدول 17-4: اطلاعات مربوط به ماشین ها ( مثال5). 108

جدول18-4: ماکسیمم تقاضا درهردوره و حداقل تقاضایی که مجبور به پاسخگویی به آن هستیم. 108

جدول 19-4: اطلاعات بدست آمده مربوط به میزان تقاضای پاسخ داده شده و قیمت کالا در هر دوره در مثال 5. 110

جدول 20-4: اطلاعات بدست آمده مربوط به شکل سلول ها در مثال 5. 111

جدول 21-4: قسمت های مختلف تابع هدف در مثال 5. 111

جدول 22-4: جواب های بدست آمده با الگوریتم های پیشنهادی.. 126

جدول 23-4: مقایسه بین جواب های الگوریتم های توسعه داده شده و بهترین جواب.. 127

مقدمه

پس از انقلاب صنعتی و افزایش رقابت بین تولید­کنندگان و بالا رفتن انتظارات مشتریان نیاز به تحول عظیم در سیستم­های تولیدی احساس شد. در کنار این مساله بوجود آمدن مسائلی چون کاهش زمان راه­اندازی، افزایش حجم تولید، افزایش تنوع قطعات، کاهش هزینه سرمایه­گذاری در ابزار و تجهیزات، کاهش فضای مورد نیاز، کنترل سراسری بهتر و موارد بسیار دیگر، ابعاد جدیدی را در بازار رقابت تولید­کنندگان بوجود آورد که استراتژی تکنولوژی گروهی[1]یكی از راهبردهای طراحی شده برای پاسخ­گویی به این نیازها می­باشد. تکنولوژی گروهی یک تکنیک تولیدی است که طی آن قطعات با خصوصیت­های یكسان در یک گروه قرار می­گیرند و مجموعه ­ای از ماشین­آلات نیز که برای تولید آنها به کار برده می­شوند به طور مناسبی طبقه ­بندی شده و در یک واحد استقرار می­یابند. تولید سلولی[2] یكی از کاربردهای اولیه قواعد تکنولوژی گروهی برای ساخت و تولید می­­باشد که بر مبنای آن هر سلول متشكل از تعدادی ماشین­آلات و تجهیزات تولیدی، قادر به پردازش گروهی از قطعات تحت عنوان خانواده قطعات[3] که دارای فرایندهای تولیدی مشابه هستند، می­باشد. با ظهور اتوماسیون[4] و سیستم­های یكپارچه کامپیوتری[5]، سیستم­های تولیدی به تدریج مسیر خود را در جهت افزایش انعطاف­پذیری تغییر دادند که سیستم­­های تولید سلولی نیز از این قاعده مستثنی نبودند. سیستم­های تولید انعطاف­پذیر[6] به علت داشتن قابلیت­های بالا در زمینه ­های مختلف، به سرعت توانستند جایگزین سیستم­های تولید قبلی شوند. معایبی از قبیل خاص منظوره بودن سلول­ها و نیز تنوع تولید پایین در آنها صاحبان صنایع را بر آن داشت تا با ایجاد اتوماسیون در سلول­ها و افزایش انعطاف­پذیری آن­ها، به قابلیت­های توامان سیستم­های تولید سلولی و سیستم­های تولید انعطاف­پذیر دست یابند. این نوع سیستم­های تولیدی که تحت عنوان سلول­های تولیدی انعطاف­پذیر[7] از آن نامبرده می­ شود تا حدودی از اصول اولیه تکنولوژی گروهی (که طراحی سلول­ها براساس آن است) فاصله می­گیرند زیرا اصل متمایز بودن گروه­ها (سلول­ها) در این نوع سیستم­ها کم­رنگ می باشد. بدین معنی که به علت اتوماسیون، سلول­ها قادر به تولید انواع مختلفی از قطعات (خانواده قطعات) می­باشند.

شرکت­ها و موسساتی که به فروش کالاها یا خدمات اشتغال دارند، اغلب با مسئله­ فروش ظرفیت محدودی از یک کالای خاص در یک افق زمانی محدود روبرو هستند. چنانچه در بازار مشتریان متنوعی وجود داشته باشند که حاضر به

چکیده

ارزیابی و کنترل پایایی، یکی از مسائل مهم و حیاتی هر سیستم نگهداری و تعمیرات است؛ به گونه­ ای که پایایی یک سیستم، می ­تواند بیانگر میزان توانایی آن در مواجهه با مسائل گوناگون باشد. هدف از این مطالعه، ایجاد و توسعه­ روشی جدید برای ارزیابی پایایی در یک سیستم نگهداری و تعمیرات است. از این رو، مجموعه ­ای از حلقه­های علّی و معلولی و نمودارهای انباشت و جریان برای فهم و درک بهتر عوامل پویا در سیستم نگهداری و تعمیرات به کار گرفته شده است. همچنین، از نمودار کنترل جمع تجمعی (CUSUM)، برای تعیین صحت عملکرد مدل، استفاده شده است و توانایی این نمودار در شناسایی انواع تغییرات در پایایی، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.

از جمله عوامل مؤثر بر پایایی یک سیستم نگهداری و تعمیرات می­توان به میزان تعمیرپذیری تجهیزات و ماشین­آلات، کیفیت سیستم نگهداری و تعمیرات، میزان استفاده از روش­های نوین کنترل کیفیت، میزان استفاده از برنامه ­های بهبود پایایی، میزان دستیابی به استانداردهای بین­المللی، میزان آموزش کارکنان، میزان مهارت کارکنان، میزان توانایی مواجهه با نیازهای مشتریان، میزان توانایی تشخیص تغییر در سیستم، میزان رضایت مشتریان و … اشاره نمود.

کلمات كلیدی: پویایی سیستم، پایایی، نگهداری و تعمیرات

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                              صفحه

فصل اول: کلیات پژوهش و ساختار پایان نامه ……………………………………………………….. 1

• مقدمه………………………………………………………………………………………….. 2
• تعریف موضوع……………………………………………………………………………… 3
• اهمیت موضوع……………………………………………………………………………… 4

• نگهداری و تعمیرات……………………………………………………………………….. 5

  • نگهداری و تعمیرات مبتنی بر پایایی……………………………………………….. 6

• پایایی………………………………………………………………………………………….. 7

  • روش­های ارزیابی پایایی……………………………………………………………… 8
  • روش­های بهسازی پایایی…………………………………………………………….. 9
  • اطلاعات پایایی…………………………………………………………………………. 9
  • روش­های پیش ­بینی پایایی 10

  • محاسبه­ی شاخص ­های پایایی………………………………………………………. 11

    • تابع چگالی احتمال خرابی 11
    • تابع پایایی 11
    • تابع نرخ خرابی 11
    • میانگین فاصله­ی زمان بین خرابی­ها (MTBF)…………………………………………………………………… 12
    • میانگین مدت زمان تعمیرات (MTTR)…………………………………………………………………… 12
    • قابلیت دسترسی 12
    
    
  • تابع پایایی به ازای توابع توزیع مختلف…………………………………………. 13
  • پایایی سیستم­های سری…………………………………………………………….. 14
  • پایایی سیستم­های موازی……………………………………………………………. 14
  • نقش تعمیرات در پایایی……………………………………………………………. 14
  
  

• پویایی سیستم……………………………………………………………………………… 15

  • بیان مسئله………………………………………………………………………………. 19
  • تدوین فرضیه ­های پویا………………………………………………………………. 19
  • فرموله کردن…………………………………………………………………………… 20
  • آزمون و اعتبارسنجی مدل 21
  • طراحی و ارزیابی سیاست………………………………………………………….. 23
  
  

• کنترل کیفیت آماری………………………………………………………………………. 23

  • نمودار جمع تجمعی………………………………………………………………… 24
  • ماسک V………………………………………………………………………………. 24
  • روش جدولی جمع تجمعی……………………………………………………….. 25
  
  
• فرضیات پژوهش…………………………………………………………………………. 27
• هدف پژوهش…………………………………………………………………………….. 27
• روش پژوهش…………………………………………………………………………….. 27
• ساختار پایان نامه ………………………………………………………………………….. 28

فصل دوم: بر ادبیات موضوع………………………………………………………………. 29

• مقدمه………………………………………………………………………………………. 30

• سیستم نگهداری و تعمیرات…………………………………………………………… 30

  • پیشرفت­های اخیر در زمینه­ نگهداری و تعمیرات………………………….. 34
• پایایی………………………………………………………………………………………. 36
• پویایی سیستم…………………………………………………………………………….. 39
• کنترل کیفیت آماری……………………………………………………………………… 46
• شکاف پژوهش…………………………………………………………………………… 47
• نتیجه ­گیری………………………………………………………………………………… 48

• 

•  

فصل سوم: روش پژوهش…………………………………………………………………………….. 49

• مقدمه………………………………………………………………………………………… 50

• طراحی مدل پویا برای سیستم نگهداری و تعمیرات………………………………. 50

  • بیان مسئله………………………………………………………………………….. 52
  • تدوین فرضیه ­های پویا 54
  • جدول متغیرهای مدل 58
  • نمودار علّت و معلول 59
  • نمودار انباشت و جریان 89
• نتیجه ­گیری………………………………………………………………………………….. 91

فصل چهارم: مطالعه­ عددی…………………………………………………………………………. 92

• مقدمه………………………………………………………………………………………… 93
• اجرای مدل شبیه­سازی ارزیابی پایایی در سیستم نگهداری و تعمیرات……….. 93
• اعتبارسنجی مدل شبیه­سازی ارزیابی پایایی در سیستم نگهداری و تعمیرات… 96
• تجزیه و تحلیل با بهره گرفتن از نمودار CUSUM………………………………….. 104
• نتیجه ­گیری……………………………………………………………………………….. 106

فصل پنجم: نتیجه ­گیری و پیشنهادها………………………………………………………………. 107

• نتیجه ­گیری…………………………………………………………………………………. 108
• پیشنهادها…………………………………………………………………………………… 109

مراجع…………………………………………………………………………………………………….. 110

مراجع فارسی……………………………………………………………………………………………… 111

مراجع لاتین……………………………………………………………………………………………….. 111

 

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                                                صفحه

شکل 1-1- نقشه استراتژی ارزیابی متوازن سیستم نگهداری و تعمیرات………………………… 6

شکل 1-2- فرایند مدل­سازی………………………………………………………………………….. 16

شکل 1-3- فرایند مدل­سازی در پویایی شناسی سیستم………………………………………….. 17

شکل 1-4- شکل پارامتری ماسک V………………………………………………………………… 23

شکل 1-5- نمودار وضعیت جمع تجمعی………………………………………………………….. 25

شکل 2-1- نمودار علّت و معلولی پژوهش دنیل و بنگت……………………………………… 40

شکل 2-2- نمودار انباشت و جریان پژوهش دنیل و بنگت……………………………………. 41

شکل 2-3- نمودار انباشت و جریان پژوهش ژانگ و ژیانگ………………………………….. 42

شکل 2-4- نمودار انباشت و جریان پژوهش اولیوا و استرمن………………………………… 43

شکل 2-5- نمودار انباشت و جریان پژوهش دوآن و همکاران………………………………. 44

شکل 3-1- جایگاه سیستم نگهداری و تعمیرات………………………………………………….. 48

شکل 3-2 فلوچارت رویه­ی حل مسأله­ پژوهش………………………………………………… 51

شکل 3-3- نمودار علّت و معلولی ارزیابی پایایی در سیستم نگهداری و تعمیرات………. 80

شکل 4-1- نتایج مدل شبیه­سازی ارزیابی پایایی در سیستم نگهداری و تعمیرات…………. 88

شکل 4-2- اثر تغییر تعداد برنامه­ی آموزش روی میزان مهارت کارکنان……………………. 90

شکل 4-3- اثر تغییر تعداد برنامه­ی آموزش روی بهره­وری کارکنان………………………….. 91

شکل 4-4- اثر تغییر تعداد برنامه­ی آموزش روی هزینه­ آموزش…………………………… 92

شکل 4-5- اثر تغییر تعداد برنامه­ی آموزش روی کیفیت سیستم نگهداری و تعمیرات…… 93

شکل 4-6- اثر تغییر تعداد برنامه ­های تبلیغاتی روی تعداد مشتریان…………………………. 94

شکل 4-7- اثر تغییر تعداد برنامه ­های تبلیغاتی روی سهم بازار……………………………….. 95

شکل 4-8- اثر تغییر نرخ تورم روی هزینه­ مواد به ازای هر ماشین……………………….. 96

شکل 4-9- اثر تغییر نرخ تورم روی قیمت محصول……………………………………………. 97

شکل 4-10- نمودار کنترل CUSUM با بهره گرفتن از داده ­های پایایی…………………………. 99

 

 

 

فهرست جدول­ها

عنوان                                                                                                              صفحه

جدول 1-1- تابع پایایی به ازای توابع توزیع مختلف…………………………………………….. 12

جدول 1-2- اعتبارسنجی مدل­های پویایی سیستم…………………………………………………. 21

جدول 3-1- فرایند مدل­سازی سیستماتیک مسائل پویایی سیستم…………………………….. 49

جدول 3-2- متغیرهای تأثیرگذار بر مدل……………………………………………………………. 55

جدول 4-1- تعدادی از روابط حاکم بر مدل پویا در سیستم نگهداری و تعمیرات……….. 86

• مقدمه

در طول سالیان بسیاری، در اکثر سازمان­ها و شرکت­ها، تمامی تمرکز مدیریت، بر فعالیت­های تولیدی بوده و به موضوع نگهداری و تعمیرات (نت)[1]، به چشم یک سربار و مزاحم، نگریسته شده و این نگرش، باعث شده است که فعالیت­های نت، نادیده گرفته شود؛ امّا، در سال­های اخیر، سیاست­های سازمانی و نیازمندی­های کسب و کار، باعث شده تا مدیران، به موضوع نگهداری و تعمیرات، بیشتر توجه کنند. یکی از دلایل اصلی این توجه، آن است که هزینه­ های نت در سازمان­ها به یکی از هزینه­ های اصلی، تبدیل شده است. فراوانی بسیار زیاد هزینه­ های بخش نت در کارخانه­ها، این توان بالقوه را برای مدیریت ایجاد كرده است تا با توجه به مقوله نت، جلوی بسیاری از این هزینه­ها گرفته شود.

از طرفی، جهانی شدن بازار و رشد سریع توانایی گردش اطلاعات، موجب افزایش رقابت جهانی شده است که در نتیجه، برای رقابت موفقیت‌آمیز در محیط تجاری رقابتی و آشفته امروزی، سازمان‌ها به عنوان ابزاری برای تأمین سود رقابتی و بقا، روی رضایت مشتریان از طریق افزایش تأکید بر کیفیت محصولات و خدماتشان، متمرکز شده‌اند که لازمه­ی این امر، بهره‌گیری از روش­های نوین نگهداری و تعمیرات در صنایع مختلف است.

همچنین، مدیران، امروزه برای بقا در مواجهه با مسائل محیطی باید با پیچیدگی، تنوع و تغییرات روزافزون دست و پنجه نرم کنند. متدولوژی پویایی­های سیستم در نتیجه تلاش­ های انجام شده برای بررسی و رفع موضوعات پویا و مرتبط با سیاست­های بلند مدت که هم در بخش عمومی و هم بخش خصوصی رواج دارد؛ شکل گرفت. پویایی­های سیستم، متدولوژی مطالعه و مدیریت سیستم­های بازخوردی پیچیده مانند سیستم­های موجود در حوزه کسب و کار و سایر سیستم­های اجتماعی است [6].

در این پایان نامه ، یک سیستم نگهداری و تعمیرات به همراه اجزای آن، به طور جامع در راستای پایایی با روش پویایی سیستم، مدل­سازی شده و با بهره گرفتن از مطالعات شبیه­سازی، نتایج کنترلی آن با کمک نمودار کنترل CUSUM، مورد تجزیه و تحلیل قرار می­گیرد.

 

 

۱-۲-۱: دسته بندی پلیمر‌ها……………………………… 4
4-۱: انواع پلاستیك‌ها……………………………… 4
1-5: اصلاح خواص در پلاستیک‌ها……………………………… 5
1-5-1: افزودنی‌ها……………………………… 5
1-5-2: عملیات حرارتی……………………………….. 6
1-5-3: لزوم انجام عملیات حرارتی روی پلاستیک‌ها……………….. 6
1-6: انواع عملیات حرارتی مورد استفاده برای پلاستیک‌ها………… 10
1-6-1: آنیلینگ………………………………… 10
1-6-2: ترک تنشی……………………………….. 11
1-6-3: نمونه‌ای از فرایند آنیلینگ………………………………… 12
1-6-4: پخت نهایی……………………………….. 12
1-6-5:اجینگ………………………………… 14
1-7: بر فصلهای پایان‌نامه………………………………. 14
2-1: مقدمه………………………………. 16
2-2: ترموپلاستیک پلی اتیلن سنگین……………………………….. 17
2-3: فرایند اکستروژن……………………………….. 19
2-4 اتصال قطعات پلاستیکی به روش جوش هات‌پلیت…………… 22
2-5: تحقیقات انجام‌شده در زمینه آنیلینگ………………………… 23
2-5-1 آنیلینگ اتصالات پلاستیکها……………………………… 38
2-6 تحقیقات انجام‌شده در زمینه AGING………………………………..
2-6-1 کاربرد AGING  در اتصالات پلاستیک‌ها………………… 42
2-7 بیان مسئله………………………………. 45
3-1: مقدمه………………………………. 47
3-2: توضیح مراحل انجام کار……………………………… 48
4-1 مقدمه……………………………… 58
5-1:نتیجه‌گیری……………………………….. 66
مراجع……………………………….. 68
چکیده:
در کار صورت گرفته در این پایان نامه به چگونگی بهبود خواص پلاستیک‌ها به کمک عملیات حرارتی  پرداخته شده است. ابتدا مختصری در مورد

 پلیمر‌ها، پلاستیک‌ها و زیر شاخه‌های آنها و عملیات حرارتی روی آنها صحبت شده و بعد از آن به بیان اثر عملیات حرارتی آنیلینگ بر روی ورقهایی از جنس پلی اتیلن سنگین میپردازیم که به روش هات­پلیت جوشکاری شده ­اند.

ابتدا ورق پلی‌اتیلنی که  با ضخامت 2/۳ میلی‌متر و به صورت رول تهیه شده بود، در ابعاد کوچکتر برش داده شده تا بتوان به وسیله دستگاه جوشکاری هات‌پلیت Elumatec®  آنها را جوش داد. برای رسیدن به سرعت عمل بالاتر و اطمینان بیشتر از یکسان بودن شرایط جوش، از فیکسچرهای ساخته شده از فیبر چوبی استفاده می‌شود تا بتوان در هر مرحله چند نمونه را با هم جوش داد و علاوه بر آن ورقها اعوجاج پیدا نکنند. به این ترتیب تمام قطعه‌ها تحت یک شرایط جوشکاری می‌شوند و سپس تحت شرایط مختلف آنیل می‌شوند. قطعات ورق در فشار گیره bar 7، دمای صفحه 230درجه سانتی‌گراد و زمان نگهداری 15 ثانیه جوش داده شده و سپس در شرایط مختلف از نظر دما، فشار، زمان نگهداری و نرخ سردشدن عملیات‌حرارتی آنیلینگ شده‌اند. برای اطمینان از نتایج، برای هر حالت آنیلینگ سه نمونه در نظر گرفته شده که نتیجه نهایی برای هر حالت، با میانگین‌گیری از این ۳ نمونه تعیین می‌شود. برای آنیلینگ قطعات نیز از اجاق خشک‌کن استفاده شده که فن موجود در آن باعث گردش یکسان هوای درون اجاق و در نتیجه انتقال حرارت یکسان می­ شود. بعد از آنیلینگ، نمونه‌ها طبق استاندارد ASTM برای تست ضربه برش داده آماده شده و تست انجام می‌گیرد. نمونه‌های لازم برای انجام آزمایش استحکام‌ به ضربه ایزود شکاف­دار طبق استاندارد ASTM D256 برش داده شده و مقاومت به ضربه آنها توسط دستگاه تعیین مقاومت به ضربه دارای پاندول 5 ژول اندازه‌گیری گردید. نتایج نشان می‌دهند که بعضی از نمونه‌های آنیل‌ شده به طرز چشمگیری مقاومت به ضربه بالاتری نسبت به نمونه‌های عملیات‌حرارتی نشده دارند. برای مقایسه نتایج با حالت آنیل نشده، یک نمونه را نیزبدون آنیلینگ تست می‌کنیم. درنهایت نیز تاثیر پارامترهای مختلف آنیلینگ بر روی استحکام قطعات، شناسایی و استخراج شده ­اند.
فصل اول: مقدمه
1-1- تعریف پلاستیک ها:
واژه پلاستیک دارای ریشه یونانی و مشتق از واژه  Plastikos به معنی “شکل‌دادن یا جای‌دادن درون قالب برای قالبگیری” می‌باشد. انجمن صنعت پلاستیک SPI یک توضیح بسیار دقیق‌تر و مشخص‌‌تر به صورت زیر را ارائه نموده است:
پلاستیکها گروهی از مواد بوده که به طور کامل یا در بخشی از ساختار شیمیایی خود شامل ترکیباتی از کربن با اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن و یا سایر عناصر آلی و معدنی می‌باشند. این مواد و در حالت نهایی خود، به حالت جامد تبدیل می‌شوند. در چند مرحله از فرایند ساخت و تولید خود نیز، شکل مایع به خود گرفته و درنتیجه قادر به تشکیل اجسامی سه‌بعدی در شکل‌های گوناگون می‌باشند. فرایند شکل‌دادن آنها با بهره گرفتن از حرارت و فشار می‌باشد.
در حقیقت پلاستیک‌ها موادی جامد و پایدار با منشاء نفت و گاز بوده که امروزه جایگزین بسیار مناسبی برای چوب و فلز و شیشه وسرامیک‌ها می‌باشند. پلاستیک‌ها بخشی از خانواده‌ای بزرگتر از مواد به نام پلیمرها هستند.
2-1- پلیمرها
ساختار پلیمرها متشکل از مولکول‌های بزرگی بوده که از به هم چسبیدن تعداد زیادی مولکول کوچکتر تشکیل یافته‌اند. این مولکول‌های کوچکتر را مونومر و عمل اتصال و پیوند آنها را پلیمر شدن یا جایگیری مونومرها monomer insertion می‌گویند.
 چنانچه واحدهای سازندۀ یک پلیمر (مونومر) از یک نوع باشند، آن را هموپلیمر (homopolymer) و اگر مونومرهای تشکیل دهندۀ یک پلیمر متفاوت باشند به آن کوپلیمر (copolymer) گفته می‌شود.
شکل 1-1 کهرباAmber) ). به شیره فسیل شده درخت گفته می‌شود که معمولاً به خاطر رنگ زیبایش دارای ارزش است. معمولاً ازاین ماده برای ساخت اشیاء تزئینی و جواهر استفاده می‌شود.
1-2-1- دسته بندی پلیمرها
در مهمترین تقسیم بندی پلیمرها به دو گروه تقسیم می‌شوند:
الف) پلیمرهای طبیعی: که حاصل فعل و انفعالات طبیعی هستند. مانند نشاسته، سلولز، کائوچوی طبیعی‌ (لاتکس)، پروتئین‌ها (مانند نخ ابریشم) و انواع صمغ‌ها و رزین‌های طبیعی مثل کهربا(شکل1-1)، سقز،کتیرا، مواد نفتی مثل قیر یا پلی‌ساکارید‌ها مثل قند.
ب)پلیمرهای مصنوعی (سنتزی): یعنی ترکیباتی که توسط انسان به وجود آمده است. مثل الاستومرها، پلاستیک و الیاف مصنوعی، پوشش‌ها و چسب‌ها و …
3-1- انواع پلاستیک ها
پلاستیك‌ها به دو گروه عمده گرماسخت یا ترموست (Thermoset) و گرمانرم یا ترموپلاست (Thermoplastic) تقسیم می‌شوند. پلاستیك‌های ترموست یا گرماسخت با واكنش شمیایی و عملیات حرارتی یا شیمیایی سخت شده، به شكل دائمی درآمده و نمی‌توان آنها را مجددا” نرم نمود. ترموست‌ها دارای سختی بالا، سفتی، مقاومت در برابر حرارت و حلال­های شیمیایی و مقاومت الکتریکی بالایی هستند. ترموست‌ها بر خلاف ترموپلاست‌ها از لحاظ شیمیایی پایدار نبوده و فعالند و با گذشت زمان در آنها اتصالات عرضی ایجاد می‌شود. معمولا به ترموست ها مواد افزودنی از جمله : خاک اره، خاک رس، خاک چینی و الیاف پنبه اضافه می‌کنند. ترموست ها معمولا شکننده هستند اما لاستیک با آنکه یک ترموست می باشد به علت وجود اتصالات عرضی در مولکول های زنجیره ای که به آن “ولگانیزه” می‌گویند و عامل ایجاد اتصال آن گوگرد است؛ شکننده نبوده و توانایی حرکت داشته و کاملا ارتجاعی است. در حقیقت مهمترین خصوصیات آن قابلیت کشش، انعطاف پذیری و برگشت به حالت اولیه می‌باشد برای تهیۀ لاستیک مخلوطی از کائوچو (طبیعی یا مصنوعی) را با گوگرد حرارت داده تا گوگرد در محل اتصال‌های دو گانه با کائوچو ترکیب شده و خواص ویژه و بسیار مهمی را در کائوچو ایجاد می‌کند؛ مانند: مقاومت به حرارت، مقاومت در برابر عوامل جوی و شیمیایی و سایش و خاصیت ارتجاعی. همچنین علاوه بر گوگرد که مهمترین افزودنی است، نرم کننده (پارافین) و دانه های رنگین (پیگمنت) و تقویت کننده (دوده) و پرکننده ها مثل پودر تالک را هم به لاستیک اضافه می‌کنند.
 پلاستیكهای ترموپلاست یا گرمانرم موادی بوده كه در هنگام سردسازی، سخت شده و با حرارت دادن دوباره می‌توان آنها را نرم و قالب‌گیری نمود.
4-1- اصلاح خواص در پلاستیک‌ها
 از قابلیت‌های دیگر پلاستیک‌ها این است که می توان خواص آنها را بهبود بخشید. این عمل با بهره گرفتن از افزودنی‌ها و انجام عملیات حرارتی امکان‌پذیر می‌باشد.
1-5-1- افزودنی ها
 به كمك مواد افزودنی، ‌عمر مواد و قطعات، افزایش یافته، ویژگی‌های فیزیكی و مكانیكی آنها اصلاح شده، فرایند آنها به میزان قابل توجه آسان گردیده، افت کیفیت آنها كنترل شده، و از آسیب‌پذیری مواد در برابر امواج گوناگون

فصل اول : مقدمه
1-1-مقدمه‌ای بر لوله ورتکس………………………..2
1-2-برخی از کاربردهای لوله ورتکس……………………….. 3
1-2-1-کاربردهای خنک ساز موضعی…………………………. 4
1-2-2-کاربردهای گرما ساز موضعی…………………………. 5
1-2-3-تجهیزات آزمایشگاهی لوله ورتکس………………………….. 6
1-2-4-تهویه مطبوع شخصی…………………………. 6
1-3-نظریه‌های رایج در مورد لوله ورتکس………………………….. 7
1-4-تحلیل نظری لوله ورتکس………………………….. 7
1-4-1-تحلیل ترمودینامیکی سیستم لوله ورتکس………………………….. 7
1-4-1-1-قانون بقای جرم………………………… 8
1-4-1-2-قانون اول ترمودینامیک………………………….. 8
1-4-1-3-قانون دوم ترمودینامیک………………………….. 9
1-4-2-راندمان‌های سیستم لوله ورتکس[2]……………………….. 12
1-4-2-1-راندمان‌های گرمایی برای سیستم لوله ورتکس………………. 12
1-4-2-2-راندمان برای یک انبساط ایزنتروپیک کامل…………………… 13
1-4-2-3-راندمان کارنو………………………… 13
1-4-2-4-معیاری بر مبنای سیکل کارنو………………………… 14
1-5-پژوهش پیش روی………………………..14
فصل دوم : ادبیات تحقیق
2-1-مقدمه………………………… 15
2-2-مطالعات تجربی ………………………..16
2-2-1-سیال عامل………………………… 16
2-2-2-هندسه………………………… 16
2-2-3-میدان جریان داخلی…………………………. 20
2-2-3-1-آشکارسازی جریان………………………… 20
2-2-3-2-توزیع‌های سرعت در داخل لوله ورتکس……………….. 21
2-2-3-3-اثبات تجربی جریان گردشی ثانویه……………………. 22
2-3-توسعه تئوری……………………….. 25
2-3-1-انتقال حرارت اصطکاکی…………………………. 25
2-4-مدل جریان صوتی در لوله ورتکس………………………….. 27
2-5-مطالعات دینامیک سیالات محاسباتی………………………. 29
فصل سوم : معادلات حاکم
3-1-مقدمه………………………… 33
3-2-تاریخچه CFD………………………….
3-3-کاربردهای CFD………………………….
3-4-معادلات ناویر استوکس………………………….. 34
3-5-معادلات حاکم در بخش دینامیک سیالات محاسباتی…………… 35
3-5-1-مدل ……………………………. 36
3-5-2-مدل …………………………….. 40
3-5-3-مدل …………………………………….. 41
3-6-شرایط مرزی…………………………. 43
فصل چهارم : نتایج
4-1-مقدمه………………………… 44
4-2-بررسی تجربی………………………..44
4-2-1-نتایج بررسی تجربی…………………………. 47
4-2-2-اندازه‌گیری خطا……………………….. 48
4-2-3-منابع خطا ………………………..48
4-2-3-1-خطای شخص………………………..48
4-2-3-2-خطای دستگاه ………………………..48
4-2-3-3-خطای منظم (سیستماتیک)……………………….. 48
4-2-3-4-خطای کاتوره ای(نامنظم)……………………….. 48

 

4-2-4-خطای مطلق………………………… 48
4-2-4-1-عدم قطعیت و آنالیز خطا……………………….. 48
4-3-شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی……………………… 53
4-3-1-روش بکار گرفته‌شده……………………….. 53
4-3-2-استفاده از نتایج تجربی…………………………. 54
4-3-3-مدل دینامیک سیالات محاسباتی لوله ورتکس…………………. 54
4-3-4-شرایط مرزی…………………………. 59
4-3-4-1-ورودی نازل‌ها……………………….. 59
4-3-4-2-خروجی سرد………………………… 59
4-3-4-3-خروجی گرم……………………….. 59
4-3-5-مطالعه استقلال از شبکه………………………..60
4-3-6-انطباق شبکه………………………… 62
4-3-7-نتایج عملکرد مدل های توربولانسی…………………………. 63
4-3-7-1-کانتورهای دما……………………….. 66
4-3-7-2-توزیع های سرعت مماسی  ،و محوری …………………. 72
4-3-7-3-کانتور چگالی…………………………. 73
4-3-7-4-کانتورهای عدد ماخ………………………… 74
4-3-7-5-نمایش خطوط جریان………………………… 76
4-3-8-خطای شبیه سازی…………………………. 79
4-3-9-نمودار باقیمانده……………………….. 80
4-3-10-عملکرد شبکه با ساختار نامنظم………………….. 82
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادها
5-1-نتیجه‌گیری…………………………. 85
5-2-پیشنهادها……………………….. 86
پیوست………………………….. 88
گسسته سازی معادلات CFD حاکم…………………….. 88
رویکرد حل در نرم‌افزار Ansys CFX 14.5…………………
فرایند انطباق شبکه[52]……………………….. 92
روش‌شناسی CFD………………………….
ایجاد هندسه و شبکه……………………….. 94
تعریف فیزیک مدل………………………… 94
حل مسئله………………………… 94
باقیمانده‌ها……………………….. 95
نمایش نتایج در پس پردازنده……………………….. 95
مراجع…………………………. 96
چکیده:
لوله ورتکس یک وسیله ساده مکانیکی است که فاقد قسمت‌های متحرک بوده و یکی از تجهیزات مورد استفاده در سیستم تبرید می‌باشد، که در آن یک سیال پرفشار از طریق نازل‌های ورودی وارد لوله ورتکس شده و به دو جریان با دمای کمتر، و بیشتر از دمای ورودی منشعب می‌شود بدین صورت می‌توان دماهای تا 40- درجه سانتی‌گراد را ایجاد کرد. لوله ورتکس به عنوان خنک­ساز موضعی و گرماساز موضعی، دارای کاربرد وسیعی در صنعت می­باشد که از آن جمله می­توان به مواردی چون: خنک کردن قالب‌های تزریق پلاستیک، عملیات رطوبت­زدایی گاز، عملیات آب­بندی حرارتی، خنک کردن کابین کنترل محفظه­ های الکتریکی خنک­سازی لنزهای دوربین عکاسی، تنظیمات چسب­ها و لحیم­ها و خشک کردن جوهر روی برچسب­ها و بطری­ها اشاره کرد. اگرچه با وجود اینکه تاکنون مطالعات تجربی زیادی بر روی عملکرد لوله ورتکس صورت گرفته است اما همچنان فهم فیزیکی جریان و مکانیزم پدیده جدایش دمای گاز یا بخار عبوری از آن به دلیل پیچیدگی جریان و ناسازگاری نتایج تجربی به طور کامل استنباط نشده است. در این پایان نامه با هدف ثبت دماهای سرد و گرم ناشی از پدیده جدایش دما بر حسب کسر سرد ابتدا به بررسی تجربی عملکرد یک نمونه از تجهیزات آزمایشگاهی لوله ورتکس با مدل 433R ساخت شرکت P.A.Hilton واقع در بریتانیا پرداخته شده است. نتایج بررسی تجربی شامل نمودارهای دمای استاتیک خروجی سرد و گرم برحسب کسر سرد و همچنین نمودار فشار خروجی سرد برحسب کسر سرد می­باشد. با بهره گرفتن از دمای استاتیک خروجی سرد و گرم نمودارهای ضرسب عملکرد گرماساز و سرماساز لوله ورتکس و همچنین راندمان آیزنتروپیک نیز با توجه به روابط موجود ارائه شده است. عدم قطعیت نتایج بررسی تجربی نیز با بهره گرفتن از رابطه تجربی هولمن محاسبه شده و به صورت میله خطا بر روی نمودارها رسم شده است. در ادامه با بهره گرفتن از روش های دینامیک سیالات محاسباتی موجود در نرم افزار ANSYS CFX14.5، شبیه سازی عددی جریان حالت دائم،تراکم پذیر و سه بعدی با ایجاد شبکه محاسباتی دارای ساختار منظم و شش­وجهی، برروی هندسه لوله ورتکس فوق الذکر و با بهره گرفتن از مدل های مغشوشی چون  استاندارد  و  انجام شده است. ضمن اینکه شرط مرزی ورودی و خروجی سرد اعمال شده، منطبق بر شرایط آزمایشگاهی می باشد در حالی­که در خروجی گرم از شرط مرزی مصنوعی استفاده شده است. مطالعه استقلال از شبکه نیز با تمرکز بر روی اختلاف دمای استاتیک خروجی گرم و سرد لوله ورتکس به انجام رسیده است. شرح و چگونگی انجام پدیده جدایش دما و الگوی جریان به عنوان هدف شبیه سازی انجام شده در این پایان نامه مطرح نمی باشد. در پایان نمودارهای دمای استاتیک خروجی سرد و گرم، ضریب عملکرد و راندمان آیزنتروپیک ناشی از نتایج شبیه سازی عددی با نتایج بررسی تجربی مقایسه شده است. ضمن اینکه نتایج شبیه­سازی عددی به صورت کانتورهای دمای استاتیک، دمای سکون، چگالی عدد ماخ توزیع­های سرعت و همچنین نمایش خطوط جریان با تمرکز بر روی موقعیت نقطه سکون و ناحیه شکل­ گیری جریان ثانویه نیز ارائه شده است.
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه‌ای بر لوله ورتکس
لوله ورتکس[1] که بعضاً با نام‌هایی چون لوله ورتکس رنک–هیلش یا لوله رنک-هیلش شناخته می‌شود اختراع مبتکرانه ایست که ایده آن توسط دو دانشمند فرانسوی و آلمانی به نام‌های جورجس جوزف رنک[2] و ردلف هیلش[3] به طور مستقل در خلال سال‌های جنگ جهانی دوم در اروپا مطرح شد[1].
لوله ورتکس یک وسیله ساده مکانیکی است که فاقد قسمت‌های متحرک بوده و یکی از تجهیزات مورد استفاده در سیستم تبرید می‌باشد، که در آن یک سیال پرفشار از طریق نازل‌های ورودی وارد لوله ورتکس شده و به دو جریان با دمای کمتر، و بیشتر از دمای ورودی منشعب می‌شود، (بدون هیچ‌گونه واکنش شیمیایی یا دخالت منبع خارجی انرژی ) بدین صورت می‌توان دماهای تا 40- درجه سانتی‌گراد را ایجاد کرد. لوله ورتکس شامل بخش‌هایی از قبیل یک یا چند نازل ورودی یک محفظه ورتکس[4] یک اوریفیس در انتهای سرد[5] شیر کنترل در انتهای گرم[6] و یک لوله می‌باشد (شکل1-1). وقتی سیال پرفشار بصورت مماس توسط نازل‌های ورودی به محفظه ورتکس تزریق می‌شود، یک جریان چرخشی در محفظه ورتکس ایجاد می‌شود. وقتی چرخش جریان سیال به سمت مرکز محفظه ورتکس ادامه پیدا می‌کند، سیال منبسط و سرد می‌شود. در محفظه ورتکس بخشی از سیال به سمت خروجی گرم می‌چرخد و بخش دیگر سیال مستقیماً در خروجی سرد موجود است. بخشی از گاز موجود در لوله ورتکس به خاطر مؤلفه محوری سرعت بر می‌گردد و از انتهای گرم به انتهای سرد حرکت می‌کند. در خروجی گرم سیال با دمای بیشتری خارج می‌شود درحالی‌که در خروجی سرد، سیال دمای کمتری در مقایسه با دمای ورودی دارد[2]. لوله ورتکس در مقایسه با دیگر وسایل موجود در سیکل تبرید مزایایی دارد از قبیل: سادگی، فقدان اجزای متحرک، عدم حضور جریان الکتریسیته، عدم انجام هیچ‌گونه واکنش شیمیایی، نگهداری آسان، تأمین فوری هوای سرد، پایداری عملکرد (به خاطر استفاده از فولاد ضد زنگ و محیط کار تمیز) و تنظیم دما. همچنین وابستگی به گاز فشرده و بازده گرمایی پایین ممکن است برخی از کاربردهای آن را محدود کند.
2-1- برخی از کاربردهای لوله ورتکس
اگرچه با وجود اینکه تا کنون اثبات قاطعانه‌ای در مورد حالت انتقال حرارت در داخل لوله ورتکس صورت نگرفته و علیرغم درک ناقص این پدیده،اخیراً لوله ورتکس، با کاربرد خنک سازهای موضعی در مقیاس‌های کوچک و بصورت تجاری توسعه زیادی یافته‌اند. امروزه تعداد قابل‌توجهی از شرکت‌های تولیدکننده وجود دارند که از تئوری لوله ورتکس بصورت کاربردی و موثر به عنوان یک راه حل در کاربردهای صنعتی بهره می‌گیرند. از جمله این شرکت‌ها می‌توان به Exair و ITW Vortec اشاره کرد که هر دو در ایالات‌متحده مشغول به فعالیت می‌باشند. این شرکت‌ها محصولات خود را بر اساس محدوده مختلفی از کاربردها و بر اساس کیفیت‌های زیر از فن آوری لوله ورتکس عرضه می‌کنند:
– سرمایش پاک
– نگهداری آسان –فقدان اجزای متحرک
– دمای پایدار خروجی
– سرمایش، بدون نیاز به الکتریسیته و مبرد
– قابل‌اطمینان، فشرده و سبک‌وزن
– قیمت ارزان
با وجود اینکه موارد زیادی برای کاربردهای لوله ورتکس، به عنوان خنک ساز و گرماساز موضعی وجود دارند (که در ادامه تشریح خواهد شد) اما همچنان نیز می‌توان ایده‌های مبتکرانه‌ای در مورد کاربردهای لوله ورتکس ارائه داد. در شکل (1-2) یک نمونه از مدل تجاری لوله ورتکس ساخت شرکت Exair نشان داده شده است.
1-2-1- کاربردهای خنک ساز موضعی
لوله‌های ورتکس دارای محدوده وسیعی از کاربردهای خنک ساز موضعی در خطوط تولید ماشین‌آلات و فرایندها می‌باشند. یک نمونه از آن تفنگ هوای سرد با اساس مغناطیسی می‌باشد که به عنوان جایگزین ماده خنک‌کننده در فرایندهای ماشین‌کاری مورد استفاده قرار می‌گیرد و در شکل (1-3) نشان داده شده است.
برخی دیگر از کاربردهای خنک ساز موضعی شامل موارد زیر می‌شود:
– خنک کردن قالب‌های تزریق پلاستیک
– عملیات رطوبت زدایی گاز
– عملیات آب بندی حرارتی
– خنک کردن کابین کنترل محفظه‌های الکتریکی، که در شکل‌های (1-4) و (1-5) توضیح داده شده است.
– خنک‌سازی لنزهای دوربین‌های عکاسی که در شکل (1-6) نشان داده شده است.
2-2-1- کاربردهای گرما ساز موضعی
با بهره گرفتن از هوای گرم خروجی، برخی از کاربردهای گرمایش موضعی شامل موارد زیر می‌شود:
– تنظیمات چسب ها و لحیم ها
– خشک کردن جوهر روی برچسب‌ها و بطری‌ها
3-2-1- تجهیزات آزمایشگاهی لوله ورتکس
تجهیزات آزمایشگاهی برای استفاده در آزمایشگاه ترمودینامیک و مکانیک سیالات به صورت آزمایشگاهی موجود است که توسط شرکت P.A.Hilton Ltd واقع در بریتانیا تولید می‌شود، که یک نمونه از آن در شکل (1-7) مشاهده

1-2- تیر پیچیده شده……………………………. 5
1-3- موج…………………………….. 8
1-3-1- انواع موج…………………………….. 9
1-3-2- کمیتهای امواج مکانیکی…………………………….. 9
1-4- پیشینه و هدف تحقیق…………………………….. 10
فصل دوم: معادلات حاکمه حرکت نانو تیر پیچیده شده……………… 17
2-1- مقدمه……………………………. 18
2-2- میدان جابه­ جایی…………………………….. 18
2-3- روش حداقل انرژی…………………………….. 23
2-4- تئوری گرادیان کرنشی…………………………….. 24
2-5- معادله حاکمه نانو تیر پیچیده شده……………………………. 25
2-6- تئوری غیر موضعی ارینگن…………………………….. 32
2-7- انرژی جنبشی…………………………….. 35
2-8- کار خارجی…………………………….. 36
2-9- معادلات حرکت……………………………… 38
3 فصل سوم: نتایج عددی و بحث ……………………….43
3-1- بررسی انتشار موج نانو تیر پیچیده شده……………………………. 44
3-2- ارتعاشات نانو تیر پیچیده شده……………………………. 46
3-3- کمانش………………………………. 48
3-4- نتایج عددی وبحث……………………………… 52
3-4-1- تحلیل انتشار موج نانو تیر پیچیده شده………………………. 53
3-4-1-1- سرعت فاز……………………………. 53
3-4-1-2- سرعت گروه……………………………. 57
3-4-1-3- فرکانس قطع…………………………….. 61
3-4-1-4- فرکانس فرار……………………………. 63
3-4-2- تحلیل کمانش نانو تیر پیچیده شده……………………………. 68
3-4-3- تحلیل ارتعاشات نانو تیر پیچیده شده…………………………… 71
فصل چهارم: نتیجه ­گیری ……………………………..75
4-1- بحث و نتیجه گیری…………………………….. 76

 

4-2- پیشنهاد برای ادامه کار……………………………. 77
 منابع و ماخذ……………………………. 78
چکیده:
در این تحقیق، به تحلیل ارتعاشات، کمانش و انتشار موج نانو تیر پیچیده شده تحت بار محوری بر بستر پاسترناک پرداخته می­ شود. ابتدا میدان جا به ­جایی و تغییر مکان تیر پیچیده شده به دست می­آید. سپس با بهره گرفتن از میدان جا به ­جایی بدست آمده، روابط کرنش-جا به ­جایی به دست می­آید. از تئوری­های گرادیان کرنشی و غیر محلی ارینگن برای اعمال اثرات اندازه ناشی از مقیاس نانو استفاده می­ شود. در نهایت معادلات حرکت نانو تیر پیچیده شده با بهره گرفتن از روش انرژی و اصل هامیلتون به دست می­آید. با بهره گرفتن از روش تحلیلی، فرکانس­های طبیعی، بار کمانش بحرانی و سرعت انتشار موج نانو تیر پیچیده شده محاسبه می­ شود.در انتها فرکانس طبیعی، سرعت فاز، فرکانس قطع، عدد موج و بار کمانش بحرانی تیر پیچیده شده تحت تاثیر سه پارامتر مقیاس کوچک طول، پارامتر غیر محلی ارینگن، نرخ زاویه پیچش، ضخامت، طول نانو تیر پیچیده شده و بستر الاستیک به دست می­آید. نتایج این تحقیق نشان می­دهد که سرعت فاز در نانو تیر پیچیده شده، با افزایش نرخ زاویه پیچش در نانو تیر پیچیده شده افزایش می­یابد. همچنین عدد موج با ضخامت نانو تیر رابطه معکوس داشته درحالیکه با فرکانس انتشار موج رابطه مستقیم دارد. افزایش نرخ زاویه پیچش باعث افزایش فرکانس طبیعی سیستم می­ شود که این افزایش در ضخامت­های بالاتر مشهود­تر است. بار کمانش بحرانی با ضرایب وینکلر و پاسترناک رابطه مستقیم داشته و با افزایش طول نانو تیر پیچیده شده، تاثیر این ضرایب بر روی بار کمانش بحرانی افزایش می­یابد. اثر تغییرات نرخ زاویه پیچش بر سرعت گروه در فرکانس­های کم محسوس بوده، ولی با افزایش فرکانس انتشار، نمودارها همگرا می­شوند. هم چنین با افزایش نرخ زاویه پیچش، فرکانس فرار به صورت ناچیز افزایش می­یابد. مقادیر سرعت فاز و سرعت گروه با بهره گرفتن از تئوری گرادیان كرنشی بسیار بیشتر از تئوری تنش كوپل اصلاح شده و كلاسیک می­باشد.
فصل اول: مباحث نظری
1-1- مقدمه ای بر نانوفناوری
فناوری نانو واژه­ای است کلی که به تمام فناوری­های پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می­ شود. نانو، کلمه­ای یونانی است و به معنی کوتوله که در ریاضیات معادل ، یعنی یک میلیاردم است ودر فناوری نانو ابعادی در حدود 1 تا nm 100 را شامل می­ شود. علم و فناوری نانو، هنر وتوانایی به دست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانو و علم دستکاری و بازچینی اتم­ها برای ساخت مواد و ابزارها در مقیاس نانو متر است.  در این فناوری ساخت ابزار و اشیا در اندازه­ های اتمی است و ملکول به ملکول توسط رباتهای برنامه ­ریزی شده در مقیاس نانومتریک انجام می­ شود. در این فناوری خواص جدیدی از مواد متاثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک به کار برده می­ شود. نانو فناوری در واقع رویکرد جدیدی در تمام عرصه ­هاست ویک علم فرا رشته­ای است که تمام علوم را در بر می­گیرد و می­توان گفت نقطه اتصال علوم در آینده می­باشد. در بیان اهمیت این فناوری گفته می­ شود که بخشی از آینده نیست بلکه تمام آینده است.
استفاده از فناوری نانو ناخواسته به چند صد سال پیش بر می­گردد. جام لیکورگوس که در موزه بریتانیا در لندن نگهداری می­ شود یک نمونه استفاده از این فناوری در گذشته است که به قرن چهارم بعد از میلاد برمی­گردد. نکته جالب در این جام این است که تابش نور از بیرون به جام، آن را سبز رنگ کرده  و با تابش نور از درون آن به رنگ قرمز در می­آید. مطالعات میکروسکوپی پرده از راز این جام برداشته ومعلوم شده است که در درون شیشه این جام، ذرات نانو از جنس طلا و نقره قرار دارد و ذرات نانو، خواصی متفاوت از ذرات غیر نانو بروز دهند.
پیشرفت فناوری نانو با اختراع میکروسکوپهای الکترونی وارد فاز جدیدی شد. در سال 1931 دانشمند آلمانی ماکس­نات و ارنست روسک اولین نوع از این میکروسکوپ­ها را اختراع کردند. واروین مولر پروفسور فیزیک دانشگاه ایالت پن با اختراع میکروسکوپ الکترونی با زمینه یونی، اولین فرد در تاریخ بود که اتم­ها را به صورت منحصر به فرد و ترتیب آن­ها در یک سطح مشاهده نمود.
با وجود تلاش­ های انجام شده، فاینمن فیزیکدان و دارنده جایزه نوبل فیزیک را به عنوان پایه­گذار فناوری نانو می­شناسند. وی در سال 1959 مقاله­ای درباره قابلیت­های این فناوری در آینده منتشر ساخت. وی در در مراسم میهمانی بعد از دریافت جایزه نوبل، در سخنرانی خود ایده فناوری نانو را برای عموم آشکار ساخت و معتقد بود که در اندازه­ های بسیار کوچک، فضایی بسیار بزرگ وجود دارد. وی معتقد بود که در آینده نزدیک موتورهایی به بزرگی سر سوزن ساخته خواهد شد.
بعد از این سال فعالیت در عرصه نانو رشد چشمگیری را شروع کرد. در سال 1980 در مرکز تحقیقاتی IBM در سوییس تکنیکی ابداع شد که تصویر اتم را بزرگ می­کرد. در 1990 برای اولین بار دانشمندان اتم­ها را حرکت دادند و با اتم­ها اولین جمله را نوشتند. با فناوری نانو انسان اکنون می ­تواند جهان ماده را آن­طور که خودش می­خواهد بسازد. تنها کافی است مواد پایه­ای جهان ماده را یک بار دیگر اتم به اتم و ملکول به ملکول کنار هم بچیند.به قول هرست استومر برنده جایزه نوبل: “ظهور نانو تکنولوژی می ­تواند به بشر تسلط لازم برای کنترل بی­سابقه و کم­نظیر بر جهان ماده را بدهد.”