فهرست مطالب

مدل سازی در مهندسی - پیاپی 36 (بهار 1393)

فصلنامه مدل سازی در مهندسی
پیاپی 36 (بهار 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/03/16
  • تعداد عناوین: 7
|
  • اویس عابدی نیا*، نیما امجدی صفحات 1-15
    در این مقاله طراحی و بهینه سازی قوانین کنترل کننده فازی در سیستم قدرت چند ماشینه با استفاده از الگوریتم جستجوی هارمونی ارائه شده است. استفاده از کنترل کننده فازی PID یکی از روش های مناسب برای پایداری در سیستم-های غیرخطی می باشد. رفتار کنترل کننده های فازی به اطلاعات طراحی شامل انتخاب توابع عضویت و قوانین کنترلی بستگی دارند. در روش های طراحی سنتی، اطلاعات طراحی مبتنی بر تجربه افراد خبره است که از طریق آزمون سعی و خطا تعیین می گردد. بنابراین طراحی یک کنترل کننده مناسب زمان بر می باشد. بنابراین انتخاب بهینه قوانین فازی و یا شکل توابع عضویت مساله بسیار مهمی می باشد. و این مساله بدون نیاز به تجربیات افراد خبره از اهمیت ویژه ای برخورداراست. از طرفی الگوریتم پیشنهادی هارمونی نیز در بررسی نتیجه عملکرد اجزا به دنبال هماهنگی مطلوب می باشد که در حل مسائل بهینه سازی به دنبال یافتن بهترین مسیر است تا بوسیله آن هزینه توابع محاسباتی را کاهش دهد. لذا کنترل کننده پیشنهادی در نقاط کار مختلف بر روی سیستم قدرت استاندارد سه ماشینه IEEE و ده ماشینه New-England مورد آزمایش قرار گرفته و نتایج تحلیل مقادیر ویژه سیستم و شبیه سازی با دیگر روش ها مقایسه گردیده است.
    کلیدواژگان: پایدار ساز سیستم قدرت، کنترل کننده فازی، قوانین فازی، سیستم چند ماشینه، الگوریتم جستجوی هارمونی
  • سعید سرخیل*، سید ابراهیم گردون زاده، امیر احمد حسیبی طاهری، مجید دارنده صفحات 17-27
    در این پژوهش روش جدیدی در جدایش محموله از مرحله غیر فعال محموله بر ارائه گردیده است. در این روش علاوه بر مکانیزم فنری فشاری که در سیستم-های معمول جدایش محموله استفاده می شود از دو راکت برگشتی که به صورت متقارن روی بدنه مرحله غیرفعال نصب می شوند استفاده شده است. عملکرد راکت های برگشتی چند میلی ثانیه بعد از فرآیند قطع اتصال و جدایش محموله آغاز می شود تا اغتشاشی در حرکت محموله به عنوان مرحله فعال به-وجود نیاید. معادلات حرکت خطی و دورانی با استفاده از نرم افزار MATLAB حل شده اند و تحلیل نرم افزاری در محیط ADAMS انجام گرفته است. نتایج تحلیل و مقایسه آن با تحلیل های نرم افزاری و آزمایش نشان می دهد که از این روش می توان به عنوان یک ابزار مناسب در دورکنندگی محموله از مرحله غیر فعال به نحوی که الزامات جدایش ایمن را برآورده کند استفاده کرد.
    کلیدواژگان: محموله بر، جدایش محموله، راکت برگشتی، مرحله غیر فعال، دینامیک جدایش
  • بهروز کشته گر، محمود میری* صفحات 29-42
    تخمین مناسب شاخص سلامتی جهت برآورد احتمال خرابی در تحلیل قابلیت اعتماد سازه ها حائز اهمیت است. بدین منظور روش هایی از جمله: روش Hasofer-Lind و روش های مبتنی بر بردار گرادیان به طور وسیعی مورد استفاده قرار گرفته اند. در این مقاله روش جدیدی مبتنی بر روش بهینه سازی گرادیان مزدوج غیرخطی، جهت محاسبه شاخص سلامتی سازه ها پیشنهاد شده است. ضمن معرفی روش پیشنهادی، با حل چند مثال کارایی و توانایی آن مورد بررسی قرار گرفته و همگرایی، کارایی و صحت نتایج آن با روش های گرادیان، Hasofer-Lind، روش انتقال پایدار و مونت کارلو مقایسه شده است. نتایج حاصله بیانگر کارایی و توانایی برتر روش پیشنهادی نسبت به روش های قدیمی اولین مرتبه قابلیت اعتماد (روش های گرادیان و Hasofer-Lind) بوده به طوریکه روش های قدیمی در برخی از مثال ها همگرا نشده اند اما روش جدید پیشنهادی برای تمامی مثال های مورد بررسی همگرا شده است. علاوه بر آن، نتایج روش پیشنهادی مشابه با روش انتقال پایدار بوده اما با تکرار بسیار کمتری همگرا شده و در برخی از مثال ها سرعت همگرایی و تعداد تکرار جهت دستیابی به حل مساله به نحوه مطلوبی کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: شاخص قابلیت اعتماد، گرادیان مزدوج غیر خطی، احتمال خرابی
  • وفا جهانگیر*، رضا ریاحی فر، مازیار صهبا یغمایی صفحات 43-52
    در تحقیق پیشرو برای بررسی پدیده ذوب سطحی صفحات متفاوت کریستالی فلزات، مدلی ترمودینامیکی در مثال فلز مس ارائه شده است. این مدل دربرگیرنده انرژی های سطحی فصل مشترک لایه های نازک فلز با گاز، سطح لایه ذوب شده با گاز و فصل مشترک جامد با مایع می باشد و در آن تاثیر انرژی سطحی لایه ها، تعداد لایه ها و نیز جهت گیری کریستالی لایه های فلزی بر روی استحاله ذوب مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه با اعمال تاثیر انرژی و جهت گیری لایه های سطحی در تغییر مقدار انرژی آزاد گیبس دو فاز جامد (لایه های نازک) و مذاب فلز، دمای استحاله جامد به مایع برای لایه های نازک فلز مس محاسبه و تاثیر انرژی های سطحی در این پدیده در صفحات (100)، (110) و (111) محاسبه شده است. نتایج محاسبات نه تنها با پیش بینی تئوری ها و نتایج آزمایشگاهی مراجع دیگر مطابقت خوبی نشان می دهد، بلکه برای اولین بار روند ذوب لایه ها به صورت پیوسته از لایه های بسیار نازک (زیر nm 10) تا حجم فلز مس به کمک مدل حاضر قابل محاسبه و تحلیل می باشد.
    کلیدواژگان: استحاله ذوب، ذوب سطحی، انرژی آزاد گیبس، انرژی فصل مشترک، لایه های سطحی
  • سعید دارابی، یوسف علی نژاد برمی* صفحات 53-63
    در این مقاله موتور سوئیچ رلوکتانسی خطی شش فاز به عنوان یک جایگزین برای کاربردهای حمل و نقل عمودی مانند یک آسانسور خطی بررسی می گردد. ریپل نیرو محرکه موتورهای سوئیچ رلوکتانسی خطی زیاد بوده و استفاده از این موتورها در سرعتهای پایین، ریپل زیاد سرعت را به دنبال دارد. در واقع ساختار پیشنهادی شامل ترکیب سری شده ی دو موتور سوئیچ رلوکتانسی خطی سه فاز به گونه ای است که یک ساختار شش فاز با مشخصه ی گشتاور بهتر را تشکیل می دهد. در این مقاله تلاش می شود تا با استفاده از ساختاری شش فاز برای موتور سوئیچ رلوکتانسی خطی به پروفایل قابل قبولی در سرعتهای پایین 0.5m/s تا 1m/s که معمولا در آسانسورها به کار گرفته می شود دست یافت. نتایج شبیه سازی نیز برتری ساختار پیشنهادی برای سری کردن موتور های سوئیچ رلوکتانسی خطی در مقابل روش مرسوم را نشان می دهد. ساختار پیشنهادی ریپل سرعت را در سرعت 0.5 m/sو در بار کامل از 16.8 % به 1.24 % کاهش می یابد که بیانگر بهبود چشمگیر عملکرد با استفاده از ساختار شش فاز است.
    کلیدواژگان: موتور سوئیچ رلوکتانسی خطی، کنترلر سرعت، تابع توزیع نیرو
  • مرتضی اسماعیلی، ولی الله خلیلیان* صفحات 65-83
    یکی از مسائل مهم مرتبط با اجرای خطوط ریلی بر بستر های سست، مساله تامین ظرفیت باربری و کنترل نشست خاکریز متکی بر این بستر ها می باشد. عمده راهکار های ارائه شده برای حل این مشکل بر روش های بهسازی خاک بستر از قبیل تراکم، تزریق، پیش بارگذاری، اجرای ستون های سنگی و سیمانی و... متمرکز می باشند. از روش های نوینی که در بخش ساخت خاکریز راه متکی بر بستر های سست بطور موفقیت آمیزی مورد استفاده قرار گرفته است می توان به بکارگیری مصالح سبک پلی استایرن یا ژئوفوم به جای خاک در خاکریز اشاره نمود. مرور ادبیات فنی نشان دهنده آنست که تا کنون تحقیق جامعی در خصوص امکان پذیری کاربرد این مصالح جهت ساخت خاکریز راه آهن متکی بر بستر های سست رسی صورت نگرفته است. لذا تحقیق حاضر با تمرکز بر دو شاخصه تاثیر گذار بر بهره برداری خط ریلی بالاستی اعم از باربری و نشست خاکریز صورت گرفته است. برای این منظور با توسعه مدل رفتاری سخت شونده خاص مصالح ژئوفوم در نرم افزار تفاضل محدودFLAC 2D به بررسی رفتار این مصالح در خاکریز راه آهن بالاستی تحت تاثیر مدل بارگذاری استاتیکی LM71 راه آهن و همچنین بارگذاری دینامیکی هارمونیک پرداخته شده و به عنوان خروجی های شاخص، پایداری خاکریز ها با ارتفاعات مختلف و همچنین میزان نشست آنها مورد بررسی قرار داده شده است. در عین حال با توجه به خروجی های بدست آمده از مدل عددی، با استفاده از رگرسیون چند متغیره، رابطه ای تحلیلی میان نشست استاتیکی و دینامیکی با پارامتر های شکل پذیری، چسبندگی بستر، پارمتر های شکل پذیری ژئوفوم، ارتفاع خاکریز و بار محور قطار برقرار شده است. در بخش پایانی با توجه به محدودیت موجود در نشست کلی خاکریز راه آهن، دامنه مجاز بکارگیری این مصالح در خاکریز استخراج شده است.
    کلیدواژگان: بستر های رسی سست، ژئوفوم، خاکریز راه آهن، ظرفیت باربری، نشست، بارگذاری استاتیکی، بارگذاری دینامیکی
  • آیدین غزنوی اسگویی*، سید محمدرضا خلیلی، امین غزنوی اسگویی صفحات 85-101
    از جمله معایب صفحات ساندویچی، اتصالات آن ها می باشد که به طور کلی بازده و راندمان سازه ای که درساخت آن از این صفحات استفاده شده است، تحت تاثیر قرار می دهد. به دلیل کاربرد گسترده اتصال T شکل در صنعت، بررسی خواص و مقاومت اتصال مذکور و مدهای شکست آن تحت بارگذاری های مختلف ضروری می باشد. از این رو در این تحقیق رفتار اتصال با دقت بالایی در نرم افزار ANSYS مدل شده تا بتوان به تاثیر پارامترهای مختلفی از قبیل هندسه اتصال در رفتار آن تحت بار عرضی پی برد. گفتنی است برای صحه گذاری نتایج حل عددی از نتایج تست تجربی موجود در مراجع گذشته استفاده شده است. از طرفی با تعریف قابلیت شکست مواد اتصال و گسیختگی چسب در مدل عددی ساخته شده، مدهای شکست اتصال مذکور نیز در حالات مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. در مجموع می توان گفت که تغییر نوع بارگذاری و هندسه اتصال باعث تغییر مد شکست اتصال می شود. از طرفی تغییر هندسه اتصال باعث افزایش 230 درصدی نیروی شکست اتصال می شود. در نهایت مستحکمترین مدل تحت بار کششی، مدل با زاویه فوم مثلثی 45 درجه میباشد در حالیکه در بارگذاری عرضی مدل با زاویه فوم مثلثی 60 درجه دارای بیشترین استحکام میباشد.
    کلیدواژگان: اتصال T شکل، پانل ساندویچی، مد شکست، روش المان محدود، اتصالات چسبی
|
  • O. Abedinia *, N. Amjady Pages 1-15
    This paper presents an optimal design of Fuzzy Power System Stabilizer (FPSS) using Harmony Search Algorithm (HSA) in multi-machine power system. The PID controller is one of the appropriate techniques to damp low frequency oscillation in nonlinear systems. The proposed controller is based on their rule base and membership function information. In conventional techniques the information is obtained by trial and error which needs too much time. So، finding the optimum value of rule base or membership function is really important. Accordingly، HAS is proposed in this paper to find the optimum value of rule base by considering the power system constrains and factors. This newly developed control strategy mixed the advantage of HSA and Fuzzy controller with simple structure while is easy to implement. Hence، the proposed controller is tested over the New England 10-unit 39-bus standard power system and 9 buses IEEE power system، under various system configurations and loading conditions، to illustrate the performance of the proposed method. The effectiveness of proposed controller is compared with other techniques. Eigenvalue analysis and nonlinear simulation results show the effectiveness of the proposed controller.
    Keywords: Power System Stabilizer, Fuzzy Controller, Rule Base, Multi, machine system, Harmony Search Algorithm
  • S. Sarkheil *, S.E. Gardounzade, A.A. Hasibi Taheri, M. Darande Pages 17-27
    This paper presents the new method for separation of payload from launch vehicle. In this method، in addition to helical compression spring mechanism used in usual separation systems، two retro rockets mounted symmetrically on the second stage were used. To protect on-going stage from disturbance، the retro rocket performance was initiated a few millisecond after payload separation. Linear and rotational equations were solved using MATLAB and the numerical analysis was done by ADAMS. The comparison among analytic، numeric and test results showed that this method could be used as an appropriate tool for payload separating from spent body.
    Keywords: launch vehicle, payload separation, retro rocket, spent body separation dynamics
  • B. Keshtegar, M. Miri * Pages 29-42
    Appropriate estimation of the reliability index is important to evaluate the failure probability in structural reliability analysis. Therefore، some methods such as: HL-RF and the Gradient method have been developed and commonly used to determine the reliability index of structures. In this paper، a new method is proposed for determining of the reliability index which is formulated using the nonlinear conjugate gradient method. First، the new iterative method was presented and then، efficiency and robustness of the proposed method were investigated using several examples. Accurate convergence and iterations of the new iterative algorithm were compared with the previous methods such as: the Hasofer-Lind approach، Gradient method، stability transformation method (STM) and Mont Carlo simulation، for examples. The results indicate that the proposed method is more robust than the old first order reliability methods i. e. the HL-RF and Gradient method. So that، this old methods were not converged for some examples but، the proposed method was converged for all problems. On the other hand، the results of proposed method are accurate and as similar as the STM but more efficient and was converged with less number of iterations in comparison with the STM.
    Keywords: Reliability index, Nonlinear conjugate gradient, Failure probability
  • V. Jahangir *, R. Riahifar Yaghmaee Pages 43-52
    In this research، in order to study the surface melting phenomena of metals for different crystallographic planes، we present a thermodynamic model on the example of copper. This model includes interfacial energies of thin layers of solid with gas، surface of melted layers with gas and interface between solid and liquid of metals. Moreover، the effect of surface energy of different planes، number of layers and crystallographic orientation of metallic layers on melting transformation was considered. Therefore، by applying the effect of energy and orientation of surface layers on the variation of Gibbs free energy value of solid phase (thin films) and molten metal، surface melting point for solid thin films has been evaluated. Furthermore the effect of surface energies of (100)، (110) and (111) planes has been investigated. The results of our calculations show good agreement with experimental results and other theoretical predictions in literature. By using this model we are also able to calculate and analyze the melting phenomena of metallic thin films layer by layer from some nm scale up to thick (bulk metallic) cases.
    Keywords: Melting transformation, Surface melting, Gibbs free energy, Interfacial energies, Surface layers
  • S. Darabi, Y. Alinejad-Beromi * Pages 53-63
    In this paper، a six-phase switched reluctance motor for applications such as vertical transportation in a linear elevator is considered. The driving force ripple in a linear switched reluctance is high and the use of these machines in low speeds are accompanying with high speed ripple. In fact، the proposed construction consists of the combination of two 3-phase series linear switched reluctance motors which make a 6-phase structure in order to provide a better torque specification. In this paper we tried to reach a better speed profile in low speeds (0. 5 m/s up to 1 m/s) which is normally the case in elevators. The simulation results show the superiority of the proposed structure over conventional structure of the switched reluctance motors. The proposed structure reduces the speed ripple from 16. 8% to 1. 24% at 0. 5 m/s. This result shows the high performance improvement of the 6-phase structure of the motor.
    Keywords: Linear switched reluctance motor, Velocity controller, Force distribution function
  • M. Esmaeili, V. Khalilian * Pages 65-83
    One of the most important problems related to performing railway on soft subgrade، is the problem of bearing capacity and embankment controlling settlement relied on these subgrades. The most provided concentrated solutions to solve this problem on improvement methods is based on ground soil such as compaction، injection، preloading، performing stone and cement columns. One of the new methods in which used in building way and roadway based on soft embankment used successfully، it can be mention to usage of light material of poly styrene or geofoam instead of soil in embankment. The literature show that till now there is no wide research about the possibility of using this material to build the embankment of Railway in soft subgrades. Therefore this research، focusing on two effective index on usage of Railway ballast on serviceability such as bearing and settlement embankmentand. To this end، with developing behavior model (hardening) specially geofoam material in finite difference software in FLAC2D، to investigated behavior of this material on ballast Railway embankment effected by static loading model of LM71and also Harmonic dynamic loading and as index out put، stability of embankment with difference heights and also the counter of their settlement is investigated، in additional to، by out puts from numerical model، using multivariable regression، the relation closed form analysis between settlement of static and dynamic with ductility، cohesion of ground، and ductility of geofoam parameters، embankment height and train axle load is derived. At final part، as for as the limitation in general settlement in rail way embankment، usage allowable domain of this material is drived.
    Keywords: Soft subgrade, Geofoam, Railway Embankment, bearing capacity, settelment, static loading, dynamic loading
  • A. Ghaznavi *, S.M.R. Khalili, A. Ghaznavi Pages 85-101
    Due to wide spread applications of adhesive T-joints in various industries، it necessitates a review of properties and strength of their fracture modes under static and dynamic loadings. By defining the ability of failure in the joint material and fracture of adhesive in the numerical model، fracture modes of sandwich T-joints have been investigated. This paper presents numerical results on the performance of sandwich T-joints subjected to static tensile and static transverse loading. The results of available experiments in the literature have been used to validate the detailed numerical models capable of simulating the damage processes observed. In general، the failure load predicted by the finite element (FE) analysis is within 5% of the experimental results.
    Keywords: T joint, Sandwich panel, Failure mode, FEM, Adhesive joint