فهرست مطالب

مهندسی مکانیک ایران - سال بیستم شماره 1 (پیاپی 50، بهار 1397)

نشریه مهندسی مکانیک ایران
سال بیستم شماره 1 (پیاپی 50، بهار 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/02/10
  • تعداد عناوین: 10
|
  • حسین جوکار، مجید بنی اسدی*، مجتبی حقیقی یزدی، مریم مریم مزرعه ئی فراهانی، نبی الله ابوالفتحی صفحات 6-24
    در این مقاله یک روش میکرومکانیکی برای تحلیل و همگن سازی ماده ی ناهمگون بافت مغز ارائه شده است. روش پیشنهادی به توسعه ی یک مدل سه بعدی سلولی برای همگن سازی قسمت نامنظم بافت مغز منجر شده است در فرآیند مشخصه سازی خواص، رفتار مواد سازنده بافت مغز؛ یعنی نرون و ماتریس برون سلولی، الاستیک فرض شده اند. مدل حاصل با استفاده از روش المان محدود از چند منظر میکرومکانیکی مورد بررسی قرار گرفته است که نتایج نشان دادند مدل ارائه شده به خوبی رفتار بافت را شبیه سازی می کند.
    کلیدواژگان: میکرومکانیک، همگن سازی، بافت مغز، المان نماینده حجم، المان محدود
  • محمد شرعیات*، مجید روشن فر صفحات 25-44
    در پژوهش کنونی، رفتار ورق ساندویچی با تکیه گاه های نقطه ای در معرض ضربه کم سرعت خارج از مرکز، برای اولین بار بررسی شده است. نوآوری دیگر، شامل پیشنهاد یک حل نیمه تحلیلی به همراه فرمولبندی انرژی جدید، جهت در نظر گرفتن وابستگی مکانی و استفاده از یک روش انتگرالگیری عددی زمانی ضمنی می باشد. معادلات حرکت برپایه اکسترمم سازی انرژی پتانسیل کل، با در نظر گرفتن کار نیروهای اینرسی، به شیوه ریتز پیدا شده و به طور ابتکاری، به فرم شبه استاتیکی تبدیل شده است. بر خلاف پژوهشهای موجود، اثر سفتی لایه های زیرین بر ضربه نیز دخالت داده شده است.
    کلیدواژگان: ورق ساندویچی، ضربه کمسرعت، ضربه خارج از مرکز، تکیه گاه نقطه ای، روش نیمه تحلیلی
  • ایمان تاهباززاده مقدم *، جواذ مرزبان راد صفحات 45-76
    کنترل مناسب دینامیک طولی خودرو نیاز به داشتن اطلاع دقیق از مقدار پارامترهای دینامیک خودرو دارد. در این مقاله الگوریتم تخمین پارامتر با نام فرم درجه دوم خطی به صورت زمان کوتاه (STLQF) برای تخمین هم زمان پارامترهای جرم خودرو، زاویه شیب جاده و ضریب درگ کلی آیرودینامیک خودرو توسعه داده می شود. سپس، کارکرد موثر تخمین گر STLQF با مقایسه عملکرد این تخمین گر با روش حداقل مربعات بازگشتی (RLS) نشان داده می شود. در پایان، الگوریتم STLQF به صورت سخت افزار در حلقه شبیه سازی می شود تا از این طریق تخمین گر STLQF با حداقل هزینه و در کوتاه ترین زمان برای نمونه سازی سریع توسعه پیدا کند.
    کلیدواژگان: دینامیک طولی خودرو، تخمین پارامتر، فرم درجه دوم خطی به صورت زمان کوتاه، شبیه سازی سخت افزار در حلقه
  • محمد هنرپیشه *، علی عرشی، احمد قیصریان صفحات 77-91
    هدف از این تحقیق، بررسی تاثیر پارامترهای ماشینکاری بر روی نیرو و زمان شکل دهی ورق های فلزی چند لایه می باشد. به منظور دستیابی به این هدف، یک نمونه ورق فلزی متشکل از سه لایه آلومینیوم-مس-آلومینیوم به روش جوش انفجاری تولید شد. سپس با استفاده از از روش آماری رویه پاسخ (RSM)، آزمایشات شکل دهی (ناشی از اثر متغیرهای تحقیق) انجام شد. با استفاده از ضرایب تخمینی مدل آماری، ارتباط میان متغیر پاسخ و هریک از متغیرهای ورودی آزمایش بدست آمد. سرانجام این مدل با انتخاب مناسب فاکتورهای تحقیق، محدوده بهینه ای از عوامل تاثیرگذار را پیش بینی نمود.
    کلیدواژگان: شکل دهی افزایشی، ورق جوش انفجاری شده آلومینیوم - مس - آلومینیوم، پارامترهای ماشینکاری، روش آماری رویه پاسخ
  • علی نیک نژاد، علی غفاری، علیرضا خدایاری * صفحات 92-109
    آسان ترین ارتباط بین انسان و ماشین از طریق گفتار است و از ملزومات این ارتباط، درک احساس انسان توسط ماشین است. در الگوریتم پیشنهادی، با هدف افزایش سرعت و دقت در تشخیص، از ویژگی های سیگنال صدا، ضرایب کپسترال فرکانسی مل را استخراج کرده و ویژگی هایی بهینه انتخاب می شوند. سپس با استفاده از ترکیب طبقه بندهای ماشین بردار پشتیبان و مدل مخلوط گاوسی، تشخیص احساس انجام می شود. نتایج حاصل از پیاده سازی این الگوریتم برای پایگاه داده آلمانی 89% و برای پایگاه داده فارسی 68% بدست آمده. مقایسه نتایج این الگوریتم با الگوریتم های مشابه عملکرد مناسب الگوریتم را در طراحی سیستم های کنترل و هدایت ربات ها نشان می دهد.
    کلیدواژگان: تشخیص احساس، احساس گفتاری، ویژگی های صدا، ضرایب کپسترال فرکانسی مل
  • عباس رهی *، امین قبادی صفحات 110-131
    در این مقاله، مدلسازی و تحلیل ارتعاشاتی مجموعه توربین بادی شامل پره ها و برج به طور همزمان مورد بررسی قرار می گیرد. در مدلسازی پره ها سرعت دورانی آنها نیز در نظر گرفته می شود. ابتدا معادلات توربین بادی در حالت کلی توسط روش معادلات لاگرانژ استخراج و سپس معادلات به روش عددی حل می شود. در حل عددی، فرکانسهای طبیعی توربین بادی 5/2 مگاواتی ثامن با استفاده از مشخصات فنی آن استخراج می شود. در انتها میزان حساسیت فرکانس های طبیعی اجزای توربین بادی نسبت به پارامترهای اصلی سیستم مانند طول پره، طول برج و جرم مجموعه هاب و ناسل بررسی می شود.
    کلیدواژگان: مدلسازی ارتعاشی، روش نیمه تحلیلی، توربین بادی، آنالیز حساسیت
  • محمد شرعیات، آیدین غزنوی * صفحات 132-151
    در مقاله کنونی، یک تئوری محلی-عمومی اصلاح شده به منظور تحلیل ورقهای چندلایه و ساندویچی ارائه شده است. از ویژگی های بارز آن، درنظرگرفتن جابجایی هسته در راستای ضخامت و محاسبه تنشهای برشی عرضی با استفاده از حل معادلات تعادل سه بعدی الاستیسیته میباشد. نتایج حاصله هم برای ورقهای ساندویچی نازک و هم ورقهای ضخیم ازدقت مناسبی برخوردارند. همچنین بدلیل درنظر گرفتن تغییر شکلپذیری هسته، در هر دو حالتی که هسته ورق ساندویچی نرم ویا سفت باشد تئوری جوابهای قابل قبولی ارائه داده است. در نهایت بعد از صحت سنجی، تاثیر پارامترهای مختلف بر عملکرد ورق به دقت بررسی شده است.
    کلیدواژگان: تئوری عمومی - محلی، هسته تغییر شکل پذیر، ورق ساندویچی، المان محدود
  • موسی رضایی *، رضا جهانگیری صفحات 152-186
    در این تحقیق ناپایداری دینامیکی و رفتار غیرخطی صفحات تابعی پیزوالکتریک سیگمویدال (S-FGP) با بستر الاستیک خطی تحت تحریکات هارمونیک پیزوالکتریکی در غیاب/حضور میرائی مطالعه شد. بر اساس تئوری تغییرشکل های برشی مرتبه اول اصلاح شده (FSDT) و اصل همیلتون، معادلات غیرخطی حاکم استخراج و با لحاظ شش شکل مود ارتعاشی و اعمال روش گالرکین، معادلات حاکم به معادلات غیرخطی ماتیو تبدیل و آنالیز ناپایداری انجام گردید. با بکارگیری روش اغتشاشات، معادلات پاسخ در شرایط پایا استخراج و آنالیز رزونانس پارامتریک تحت تحریکات درون-صفحه ای پیزوالکتریک صورت گرفت. نشان داده شد که سفتی بستر و میرائی، اثرات عمدهای بر منحنی های مشخصه رزونانس می گذارند.
    کلیدواژگان: رفتار غیرخطی، بستر الاستیک با لایه برشی، ولتاژ پیزوالکتریکی، روش اغتشاشات، دوشاخگی
  • بهنام کاظم شاهی*، مجتبی شهرام یار، ناصر توسلی صفحات 187-208
    جاذب انرژی به منظور دریافت انرژی غیر مطلوب استفاده می شود. یکی از پرکاربردترین جاذب های انرژی لوله های جدار نازک می باشند. ایجاد شیار و یا الگو در جداره لوله به منظور بهبود جذب انرژی انجام می شود. در این مقاله ویژگی های تغییر انرژی جذب شده لوله های آلومینیومی دارای الگوی محیطی بررسی و با لوله با جداره صاف به کمک روش المان محدود مقایسه شده است. الگوهای دایروی محیطی با طول های مختلف و همچنین عمق های مختلفی در نظر گرفته می شوند. به کمک شبیه سازی عددی، لهیدگی استاتیکی آنها تحلیل می شود.
    کلیدواژگان: جذب انرژی، لوله آلومینیومی، دیواره با الگوی محیطی، بهینه سازی
  • مهرداد جوادی*، پیمان جعفری طایمه، نرگس افضل پور صفحات 209-221
    در این مقاله یک ویلچر با قابلیت حفظ تعادل برای افراد سالمند معرفی میشود. این مجموعه که شامل یک مکانیزم 3-RRS ، بعنوان محل نشستن فرد سالمند، و یک ویلچر برقی با قابلیت حرکت بر روی سطوح مختلف است. محل نشستن شخص بگونه ای طراحی شده که در شرایط مختلف زمین، وضعیت افقی خود را را با استفاده از سیستم کنترلی حفظ کند. پس از طراحی، یک مدل از این مجموعه با استفاده از پرینتر سه بعدی ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: ویلچر برقی، ضد واژگونی، مکانیزم موازی، کنترل همزمان
|
  • Majid Baniassadi * Pages 6-24
    This study proposes a micromechanical algorithm for analysis and homogenization of heterogeneous brain tissue. The presented method has led to the development of a 3D cell model for homogenization of disordered part of brain matter. The structural complexity of neuron has modeled with low level of simplification in order to achieve more accurate results. In the homogenization process the constituents of brain, neuron and extracellular cell matrix, are assumed to have an elastic behavior. The proposed model is studied in some micromechanical aspects and results indicate the model simulates the tissue behavior reasonably. Results show that because of low length to diameter ratio (aspect ratio) in the cell body, increase in number of neurons in the representative volume element has low effect on improvement of tissue mechanical properties, such as elastic modulus, and the properties are close to the prediction of lower bound or Reuss model. Investigation of stress fields caused by compression load on the representative volume element, as the part of brain tissue, announce that the maximum stress is located in the neuron and specially at the junction of neurites (axon and dendrites) and soma and also along the neurites.
    Keywords: Micromechanics, Homogenization, Brain tissue, Representative volume element (RVE), Finite element
  • Mohammad Roshanfar, Mohammad Shareiyat * Pages 25-44
    In the present research, behavior of a sandwich plate with point supports subjected to an eccentric low-velocity impact is investigated. In this regard, time histories of the contact force and lateral deflection of a sandwich plate with simply supported edges are compared with those of a plate resting on point supports. This comparison has not been accomplished so far, even for the single-layer isotropic plates. Other novelty consists of proposing a semi-analytical solution in conjunction with a new energy formulation to consider the spatial dependency and using a numerical time integration method, implicitly. The governing equations of motions are found based on extremizing the total potential energy, including work of the inertia forces, employing Ritz technique and reduced to quasi-static one through a novel approach. In contrast to the available researches, influence of the lower layer on the stiffness of the contact region is incorporated. Verification of the results has been accomplished based on results of ABAQUS computer code. In the results section, the significant effects of the point supports (in comparison to the complete edge support), initial velocity of the indenter, and the aspect ratio of the plate on time histories of the contact force and lateral deflection of the plate are investigated.
    Keywords: sandwich plate, Low-velocity Impact, Eccentric impact, Point Support, Semi-analytical approach
  • Iman Tahbaz Zadeh Moghadam * Pages 45-76
    Appropriate control of the vehicle longitudinal dynamic requires accurate and real-time knowledge of the parameters affecting the dynamics of the vehicle. The main contribution of this paper is in developing an estimator called short-time linear quadratic form (STLQF) which is a new parameter estimation technique to simultaneously estimate the time-varying parameters that affect on vehicle longitudinal dynamics with a low latency. These parameters are the vehicle mass, time varying road slope angle and overall aerodynamic drag coefficient of the vehicle in real time. Next, the efficiency of STLQF algorithm is shown by comparing the results of STLQF technique in an experimental test against the recursive least squares (RLS) parameter estimation method. The results of implementing STLQF parameter estimation algorithm, showes the better performance of STLQF estimator compared with RLS algorithm. In the end, the STLQF estimator is simulated in hardware in the loop configuration using an AVR microcontroller in order to rapid prototype of the STLQF method by minimum cost and high accuracy in the least possible time.
    Keywords: Vehicle longitudinal dynamics, Parameter estimation, Short-time linear quadratic form, Hardware in the loop simulation
  • Mohammad Honar Pisheh * Pages 77-91
    Incremental sheet metal forming is one of methods more innovation in science and industrial zone. The purpose of this research is the study of influence of factors such as tool diameter, step down, rotation speed and feed rate on metallurgical properties of explosive-welded Al/Cu/Al multilayer. In order to this purpose, a sample of explosive-welded Al/Cu/Al multilayer was produced. Then, a statistical model (RSM) was used for the experimental plan (with these variables) to determine the runs of experiment (or selected points). Next, forces and times values of sheet metal forming were measured. The experimental results showed that force and time forming of Al/Cu/Al multilayer is highly sensitive to factors like step down and feed rate. Also the most effective coefficient on the incremental forming is belonged to step down factor that showed it is very important in machining parameters. Finally, by using coefficient estimates of (RSM) model, relation between input variables and response was obtained. Finally, this model was predicted the optimum design points of machining parameters.
    Keywords: Incremental sheet metal forming, Explosive-welded Al-Cu-Al sheet, Machining parameters, RSM
  • Ali Niknezhad, Ali Ghaffari, Alireza Khodayari * Pages 92-109
    The easiest method of communication between humans and machines is through speech and one of the essentials aspects of this relationship, is perception of humanistic sentiments by machine. As a result, getting speech’s patterns and creating a system based on this model has been a challenge for researchers in recent years. Although the emotion shown in speech could ranges in a very divergent spectrum, because of pander to accent, culture and environment, but a fixed patterns could be found in feelings of people’s speech. In this paper, a new algorithm to detect emotion in human voice is presented. In proposed algorithm, features are extracted from the audio signal, inspired by human hearing. And then the optimal features are chosen from the extracted features with the aim of increasing the speed and accuracy of diagnosis with an intelligent method. In addition, classifying is done by combining a set classifiers subsequently, patterns of anger, joy, fear, boredom, disgust and sadness is distinguished by the designed intelligent system. Results of the simulations of the implemented algorithm is presented with two databases, Farsi and Germany and then compared with the outcomes of other algorithms with the same databases. Results indicate that the proposed algorithm could predict emotions of anger, joy, fears, boredom, disgust and sadness with good accuracy. This algorithm could be used in designing control systems and robot guidance. In addition, emotion recognition system could be utilized in psychology, medicine, and behavioral science and security applications such as polygraph.
    Keywords: Emotions detection, feelings of speech, sound features, Mel-frequency cepstral coefficien
  • Abbas Rahi * Pages 110-131
    In this research, modeling and vibrations analysis of the wind turbine blades and tower is studied. Modeling of each wind turbine blade is considered to be as elastic beam with rotational speed, and wind turbine tower is modeled as an Euler-Bernoulli elastic beam. Vibrations of blades and tower is considered in plane of rotation of blades. The equations of motion of the wind turbine are derived by Lagrangian approach and then numerically are solved. For the numerical solution, a limited number of elements are considered for the blades and the tower and then the natural frequencies of 2.5 MW SAMEN wind turbines is investigated by using its technical specifications. The effect of varying the length of the tower and the total mass of hub and nacelle on the natural frequencies is investigated, and the effect of varying the length of the blade on the natural frequencies of the blade is also investigated. Finally, the sensitivity analysis of the wind turbine natural frequencies with respect to different system parameters are presented.
    Keywords: Vibration Analysis, Semi Analytically Method, Wind Turbine, Sensitivity Analysis
  • Aidin Ghaznavi * Pages 132-151
    In the present article, a global-local theory with three-dimensional elasticity corrections is employed to trace the local and instantaneous variations of various displacement and stress components of sandwich and composite plates. The governing equations are extracted based on Hamilton principle. One of the key features of the proposed theory is incorporation of the transverse flexibility of the core; a fact that is crucial when studying behaviors of thick or soft core sandwich plates. Since the transverse shear stresses are extracted based on the 3D elasticity theory, the interlaminar continuity condition of the transverse shear stresses is met. The verification results show that the presented finite element formulation is efficient and leads to accurate results, even for thick or soft core sandwich plates. A comprehensive parametric study is accomplished to evaluate effects of different parameters such as stiffness of the core material and boundary conditions. Finally, the obtained results verified by the available results existed in the literature.
    Keywords: Global-Local Theory, deformable core, sandwich plate, Finite Element Method
  • Mousa Rezaee * Pages 152-186
    In this study, dynamic instability and nonlinear behavior of sigmoidal-functionally Graded piezoelectric (S-FGP) plates resting on linear elastic foundation under parametric harmonic piezoelectric excitation is investigated. Based on Modified FSDT, applying Hamilton’s principle, the governing nonlinear coupled partial differential equations are derived. By considering six vibration modes, the Galerkin’s procedure is used to reduce the equations of motion to nonlinear Mathieu equations, and dynamic instability of the problem in absence/presence of the Rayleigh's proportional damping model and foundation is analyzed. In the absence of foundation, the validity of the modeling for analyzing the maximum nonlinear deflection and the modified shear correction factors are accomplished by comparing the results with those of the literature. It is shown that as the parameters of the foundation increase, the piezoelectric instability occurs at higher excitation frequencies and increasing the damping makes the region of the instability to be shrunk. By applying the perturbation method, steady-state response equations are derived and the parametric resonance of the system under the piezoelectric excitation is analyzed. Then, the conditions of existence and stability of trivial/nontrivial solutions are discussed. Moreover, the effects of the system parameters, including excitation frequency, amplitude of harmonic excitation voltage, foundation parameters and damping, on the nonlinear dynamics of the S-FGP plate are studied and it is shown that the presence of the damping/foundation has a considerable influence on the resonance characteristic curves.
    Keywords: Nonlinear behavior, Elastic foundation with shear layer, Piezoelectric voltage, Perturbation method, Bifurcation
  • Behnam Kazemshahi *, Mojtaba Shahramyar, Naser Tavassoli Pages 187-208
    Energy absorbents are very common in different industries. As can be inferred, they absorb energy when it is necessary in order to prevent possible damages, those could endanger sensitive components. In this study energy absorb er applicable in an automotive bumper system is investigated. It is focused on thin-walled tubular absorbents in axial crushing mode. In this kind of absorb er, tube’s wall buckles locally and deformation in form of sequential folds holds energy and absorbs counterpart external energy. One method to further control energy absorption is to introduce circumferential patterns on tube’s wall. This pattern can dictate the evolution of folds within crushing distance. Here, the effect of pattern’s parameter, like geometry, wave length and depth on energy absorbing behavior of aluminum thin-walled tubes is studied. Energy absorption in static axial crushing is simulated using Finite Element Method. Different pattern’s geometry, like linear, circular and sinusoidal patterns were generated and results were compared with plain tube, that with no pattern. The effect of introducing patterns on different energy absorption characteristics namely, first force pick, mean crushing force, crushing force efficiency, energy absorbed, specific energy absorbed and crushing mode are explored. Findings show that patterns are very influential on energy absorbing behavior of thin-walled tubes. Results show acceptable combination of pattern’s parameters in each set of pattern’s geometry; even though circular pattern yields more desirable outputs.
    Keywords: Energy absorption, Aluminum tubes, Wall with circumferential pattern, Optimization
  • Mehrdad Javadi * Pages 209-221
    A wheelchair model has been designed to resist the turning over of the user by applying a spatial 3-RRS mechanism as the Seat on a standard electric wheelchair. The result is a self-balancing robotic wheelchair with the capability to cope with several road conditions. The 3-RRS platform model has been analyzed and then controlling parameters has been reached. By using the parameters two models of the Wheelchair has been mechanically, software and hardware designed, built and tested. To design and implement Robot controller for better mutual cooperation with environment and to better analyze environmental factors on stability, it is needed to build the robot and wheelchair models with Rapid Prototyping methods and correct problems and optimize it before mass production. Two types of wheels (two wheel wheelchair and continuous track) have been inserted. The wheel chair with continuous track showed good result on several road conditions including roll, pitch and combined conditions.
    Keywords: electric wheelchair, turnover resistance, parallel mechanism, rapid control