فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال هفدهم شماره 11 (بهمن 1396)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال هفدهم شماره 11 (بهمن 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/09/28
  • تعداد عناوین: 47
|
  • مقاله پژوهشی کامل
  • ویدا شمس اسفندآبادی، مصطفی رستمی، سیدمحمدعلی رحمتی، سروش صادق نژاد* صفحات 1-11
    برای آنکه ربات قادر باشد بر روی سطوح مختلف حرکت نماید، لازم است که حرکتش را با شرایط مختلف سطح وقف داده و با حرکت مناسب پا و بالا تنه، پایداری خود را تضمین نماید. بسیاری از پارامترهای اساسی حرکت انسان را می توان توسط یک ربات دوپای هفت عضوی صفحه ای بیان نمود.
    یکی از مسائلی که همیشه در این زمینه مورد توجه محققین می باشد، پیش بینی مسیر حرکتی است که منجر به پایداری و مینیمم شدن انرژی می شود. در این مطالعه با بکارگیری بهینه سازی پارامتری، بدین شرح که زوایای مفصلی بصورت توابع پارامتری تعریف شده و با در نظر گرفتن قیود سینماتیکی که حداکثر و حداقل زوایای مفصلی را تعریف می کنند، مسئله ی حرکت به شکلی بدست آمده است که پایداری ربات به حداکثر میزان و انرژی آن به حداقل میزان خود برسد و ربات در منطقه ی مجاز پایداری قرار گیرد. به علاوه، سعی بر آن است که از معیار پایداری نقطه ممان صفر برای محاسبه ی پایداری ربات استفاده شود. همچنین آزمایشات تجربی به منظور تحلیل حرکتی راه رفتن فرد سالم در آزمایشگاه صورت گرفته است و نتایج بدست آمده صحت سنجی شده است. در نهایت با توجه به مدل ارائه شده و مسیر پیش بینی شده، ربات می تواند مانند یک فرد خاص حرکت کند. در هر مرحله از مقایسه ی نتایج شبیه سازی مدل ارائه شده با نتایج تجربی متناطر در واقعیت، به منظور اثبات صحت روش های ارائه شده، استفاده گردیده است.
    کلیدواژگان: ربات دوپا، پیش بینی مسیر قدم برداری، نقطه ممان صفر، فاز تک تکیه گاهی، بهینه سازی توان مصرفی
  • محمدحسین زاده *، آرش کاظمیان، محمد سردارآبادی، محمد پسندیده فرد صفحات 12-20
    در این مطالعه به صورت تجربی، اثر استفاده از سیال کاری آب خالص، مخلوط آب و اتیلن گلیکول با درصد جرمی 50 درصد و اتیلن گلیکول خالص بر بازده انرژی و اگزرژی سیستم های فتوولتاییک حرارتی بررسی می شود. هم چنین عملکرد دو سیستم فتوولتاییک حرارتی و فتوولتاییک معمولی با یکدیگر مقایسه می شود. آزمایش ها در دانشگاه فردوسی مشهد با عرض جغرافیایی 36 درجه و طول جغرافیایی 59 درجه و در یک روز معین در مردادماه انجام شده است. پارامترهای بررسی شده در این مطالعه دمای سطح سلول های فتوولتاییک، توان الکتریکی و حرارتی خروجی، بازده انرژی الکتریکی و حرارتی، اگزرژی الکتریکی و حرارتی خروجی، و بازده اگزرژی الکتریکی و حرارتی هستند. با توجه به نتایج به دست آمده، سیستم فتوولتاییک حرارتی با سیال کاری مخلوط آب و اتیلن گلیکول، توان الکتریکی خروجی از سیستم را حدود 5.41 درصد نسبت به سیستم فتوولتاییک معمولی افزایش می دهد. نتایج هم چنین نشان می دهد، استفاده از سیال کاری آب خالص بازده انرژی الکتریکی و حرارتی سیستم فتوولتاییک حرارتی را نسبت به مخلوط آب و اتیلن گلیکول، و اتیلن گلیکول خالص افزایش می دهد. در حالی که بازده اگزرژی کلی سیستم های فتوولتاییک حرارتی با سیال کاری آب خالص و مخلوط آب و اتیلن گلیکول تقریبا یکسان هستند.
    کلیدواژگان: سیستم فتوولتاییک حرارتی، مخلوط آب و اتیلن گلیکول، تحلیل انرژی و اگزرژی
  • امیررضا شاهانی*، زانیار اسماعیل پور حاجی لک صفحات 21-30
    طبق گزارش های ارائه شده یکی از شایعترین دلایل واماندگی موتور توربین گازی T56 شکست پره های کمپرسور آن می باشد. در این تحقیق نرخ رشد ترک در پره طبقه 13م کمپرسور موتور جت T56 مورد بررسی قرارگرفته است. برای این منظور ابتدا نیروهای گریز از مرکز و آیرودینامیکی وارد بر پره محاسبه شده اند و میدان تنش ناشی از هر یک از آنها روی پره توسط نرم افزار ANSYS بدست آورده شده است. نقاطی روی سطح پره که در معرض بیشترین آسیب های ناشی از برخورد اشیاء خارجی و پدیده خوردگی هستند شناسایی شده اند و از طریق تحلیل تنش انجام گرفته، مقادیر تنش های کششی و خمشی در این نقاط تعیین شده است. در ادامه در هر یک از مکان های مشخص شده ترک اولیه ی نیم بیضوی مدل شده و با استفاده از روش راجو-نیومن ضرایب شدت تنش در این نقاط محاسبه شده اند. سرانجام با استفاده از رابطه پاریس عمر پره و نرخ رشد هر یک از ترک های مدل شده در نقاط یاد شده جداگانه بدست آورده شده است. نتایج نشان می دهد که هر چه ترک تشکیل شده به ریشه پره نزدیکتر باشد عمر پره به شدت کاهش یافته و همچنین عمر پره در اثر وجود ترک در سطح مکشی پره به مراتب کمتر از وجود ترک در موقعیتی مشابه روی سطح فشاری می باشد.
    کلیدواژگان: پره کمپرسور، ترک نیم بیضوی، نرخ رشد ترک، عمر خستگی
  • امیرحسین طاهریان، احسان براتی * صفحات 31-38
    خستگی یکی از مسائل مهم و تعیین کننده در عمر مفید قطعات و مکانیزم ها در صنایع مختلف می باشد. از آنجا که بارگذاری واقعی در طی ماموریت یک قطعه یا مکانیزم، به صورت نوسانی بوده و مقدار متوسط و دامنه آن مرتبا تغییر می کند، تعیین عمر مفید آن قطعه یا مکانیزم طی فرآیند تست بسیار پیچیده و دشوار خواهد بود. بنابراین نیاز است تا سیکل واقعی به سیکل قابل تست در آزمایشگاه معادل سازی شود. در تحقیق حاضر، ابتدا با استفاده از روش های موجود در معادل سازی سیکل خستگی، روابط معادل سازی بارگذاری خستگی بررسی شد. سپس درصد خطای این روابط برای دو ماده پر کاربرد در صنعت هوایی (آلومینیم 7075-T6 و فولاد 4130) با بارگذاری بلوکی محاسبه گردید. مشخص شد که اگرچه در برخی موارد خطا ناچیز و قابل اغماض می باشد، اما در برخی دیگر درصد خطا زیاد و غیر قابل اغماض می باشد. پس از آن برای کاهش خطا، یک روش جدید برای تعیین تعداد سیکل های معادل در تست خستگی با معادل سازی بار واقعی و تبدیل آن به بار قابل اعمال در آزمایشگاه پیشنهاد گردید. در این معادل سازی، بارگذاری دامنه ثابت به گونه ای به دست آمد که میزان آسیب خستگی آن، برابر آسیب بارگذاری اصلی باشد. مشخص شد که رابطه جدید در مقایسه با روابط قبلی دارای دقت بسیار بالاتری می باشد. در نهایت با انجام تست های خستگی بر روی یک نمونه استاندارد مشخص گردید که روش جدید ارائه شده توانایی پیش بینی عمر خستگی را دارا می باشد و ماکزیمم خطا حدود 5.5 درصد می باشد.
    کلیدواژگان: معادل سازی بارگذاری، تست خستگی، بارگذاری طیفی، بارگذاری دامنه ثابت
  • مجید پور قاسم، احمد ناجی قزوینی، حسین گل پرور * صفحات 39-46
    استفاده از اتصالات هیبریدی (فلز-کامپوزیت) در صنایع هوایی به دلیل وزن کم و استحکام بالا روند رو به رشدی دارد. بررسی رفتار دینامیکی این اتصال، به علت محدودیت در افزایش پیش بار پیچ در زیرسازه کامپوزیتی به دلیل تخریب آن، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. عوامل تاثیر گذار بر رفتار غیرخطی اتصال شامل کم بودن پیش بار پیچ و بالا بدون دامنه نیروی تحریک اعمالی به سازه می باشند. مدل لایه میانی به منظور توصیف بهتر رفتار اتصال در سازه ها در سال های اخیر مورد استفاده قرار گرفته شده است. در این تحقیق با استفاده از تئوری لایه میانی دو بعدی، تاثیرات رفتار اتصال بر سازه کلی در دو بخش افزایش میرایی و کاهش سفتی که منجر به ایجاد پدیده غیرخطی می شود بررسی شده است. ویژگی سفتی اتصال را به وسیله سفتی نرمال و میرایی اتصال را با استفاده از میرایی سازه ی در راستای برشی، مدل سازی شده است. نمودارهای پاسخ فرکانسی غیرخطی در دو پیش بار و برای دو نیروی تحریک مختلف استخراج شده است و به وسیله تقریب چندجمله ای مرتبه بالا بر حسب دامنه پاسخ مدل اجزا محدود غیر خطی برای سفتی و میرایی اتصال پیشنهاد شده است. تاثیر افزایش دامنه نیروی تحریک و کاهش پیش بار پیچ بر افزایش غیر خطی با این مدل اجزا محدود استخراج شده است. نتایج نشان می دهد که مدل اجزا محدود غیرخطی ارائه شده، با نتایج بدست آمده از تست ارتعاشی غیر خطی با دقت بالایی مطابقت دارد.
    کلیدواژگان: غیر خطی، اتصال هیبریدی، المان لایه میانی، پاسخ فرکانسی غیرخطی
  • محمد مهدی کاکایی، حسن سالاریه* صفحات 47-58
    در این مقاله، طراحی روش کنترل مقاومی برای ربات دوپای زیرفعال سه لینکی ارائه شده است تا قیود درنظرگرفته شده جهت ایجاد حرکت ریتمیک در گام برداری را ارضا کند و منجر به یک گام برداری پایدار گردد. با توجه به استفاده از سنسور ها و وجود نویز در آن ها، وجود عدم قطعیت در اجزاء سیستم، خطای حاصل از دینامیک مدل نشده در سیستم دینامیکی و همچنین اعمال اغتشاشات ناخواسته به مکانیزم ها، استفاده از یک روش کنترلی مقاوم ضروری است. برای طراحی این روش کنترلی، جهت ارضاء قیود گام برداری در سیستم دینامیکی از روش پسخوراند خطی ساز استفاده شده است. این روش با روش مود لغزشی تلفیق داده شده تا روش کنترلی مقاومی حاصل گردد. همچنین، روشی جهت حذف کامل پدیده چترینگ نیز، ارائه شده است. برای این منظور، روش کنترلی با روش پسگام زنی ترکیب کرده تا در نهایت منجر به حذف چترینگ در سیستم، بشود. در انتها پایداری نمایی این روش کنترلی که FLBS نام گذاری شده، اثبات شده است، و پایداری سیکل راه روی به دست آمده نیز به کمک نگاشت پوانکاره نشان داده شده است. در فرایند مدل سازی ربات، برخورد بین پای چرخان و زمین به صورت صلب و نیز به صورت هم زمانی د رنظر گرفته شده است. همین طور، در این طراحی به زیرفعال بودن ربات و اهمیت نقش برخورد در پایدارسازی حرکت ربات های زیرفعال، توجه شده است. در نهایت، شبیه سازی هایی از این روش کنترلی روی ربات دوپای زیرفعال صورت گرفته که پایداری نمایی حرکت، نداشتن پدیده ی چترینگ، مقاوم بودن چه در برابر اغتشاشات و چه در برابر عدم قطعیت ها نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: کنترل مقاوم، پایداری نمایی، ربات دوپای سه لینکی، ربات زیرفعال، حرکات ریتمیک
  • معین طاهری * صفحات 59-69
    به منظور محاسبه ی دقیق نیرو و زمان بحرانی در منیپولیشن بایستی اثرگذاری فاکتورهای مختلف ورودی بر فاکتورهای خروجی را مورد بررسی قرار داد. یکی از روش های دقیق و سریع در آنالیز حساسیت، روش آنالیز حساسیت آماری ای-فست می باشد. پیش از این تحقیقاتی در رابطه با اثرگذاری فاکتورهای مختلف بر نیرو و زمان بحرانی منیپولیشن دوبعدی با استفاده از روش های مختلف گرافیکی، دیفرانسیلی و آماری صورت پذیرفته است. در این پژوهش برای نخستین بار با استفاده از روش تحلیل حساسیت آماری ای-فست اثر شش فاکتور ابعادی شامل طول تیرک، عرض تیرک، ضخامت تیر، ارتفاع سوزن، شعاع ذره و شعاع نوک سوزن، بر هشت پارامتر خروجی شامل نیروی بحرانی لغزش در راستای محور x، غلتش حول محور x، لغزش در راستای محور y، غلتش حول محور y، و زمان بحرانی لغزش در راستای محور x، غلتش حول محور x، لغزش در راستای محور y، غلتش حول محور y، در منیپولیشن سه بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نهایی به دست آمده بیانگر این است که فاکتور ضخامت تیرک اثرگذارترین فاکتور بر نیروهای بحرانی و فاکتور ارتفاع سوزن اثرگذارترین فاکتور بر زمان های بحرانی منیپولیشن سه بعدی می باشند.
    کلیدواژگان: آنالیز حساسیت، منیپولیشن سه بعدی، نانوذرات کروی، روش ای، فست
  • حانیه بیجاری، سید علیرضا ذوالفقاری * صفحات 70-76
    در تحقیق حاضر یک مدل آسایش حرارتی جدید مبتنی بر حسگرهای حرارتی پوست به کمک مبانی انتقال حرارت غیر فوریه ای در بافت های زنده توسعه داده شده است. این مدل جدید مفاهیم سرعت محدود انتشار اغتشاشات دمایی را با کمک معادلات غیر فوریه ای در نظر می گیرد. توصیف انتقال حرارت در بافت های زنده به دلیل دارا بودن ساختاری پیچیده و ناهمگن با سایر مواد متفاوت می باشد. مدل انتقال حرارت زیستی تاخیر فاز دوگانه که شامل دو جمله تاخیر زمانی می باشد، نمونه ای از انتقال حرارت غیر فوریه ای در بافت های زنده است. در این تحقیق، از این مدل برای تعیین توزیع دما در محل حسگرهای حرارتی پوست استفاده شده است. مدل جدید آسایش حرارتی با مقایسه نتایج تجربی موجود اعتبار سنجی گردید و نتایج خوبی حاصل شد. از آنجایی که پاسخ حرارتی حسگرهای پوستی بدن به دما و نرخ تغییرات آن در محل حسگرها وابسته است، پیش بینی صحیح این مولفه ها بسیار حائز اهمیت به نظر می رسد. در این مقاله ضمن بهبود مدل های پیشین، تاثیر انتقال حرارت غیر فوریه ای بر مشتق دما نیز مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد وجود تاخیرهای فاز دوگانه تاثیر بسزایی در نرخ تغییر دما و در نتیجه پاسخ حرارتی حسگرهای بدن دارد.
    کلیدواژگان: مدل آسایش حرارتی، حسگرهای پوست، انتقال حرارت غیر فوریه ای
  • پیام فدایی، حمید نیازمند* صفحات 77-88
    در پتانسیل زتای بالا، تئوری کلاسیک پواسون-بولتزمن صادق نیست و باید از معادله ی بهبودیافته ی پواسون- بولتزمن که اندازه ی یون را در توزیع بار نیز در نظر می گیرد استفاده کرد. بعلاوه بسیاری از سیالات زیستی رفتار غیرنیوتونی دارند، بنابراین اثر هم زمان اندازه ی یون و رفتار غیرنیوتونی سیال در جریان ترکیبی الکترواسمتیک/فشار محرک در پژوهش حاضر در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم به روش تفاضل محدود در یک میکروکانال مستطیلی حل شده اند. اثر اندازه ی یون در معادله ی بهبودیافته ی پواسون-بولتزمن با فاکتور استریک تعریف می شود که یون را به صورت بار نقطه ای یا با اندازه ی محدود در نظر می گیرد. اثر اندازه ی محدود یون عموما باعث افزایش سرعت سیال غلیظ شونده ی برشی و کاهش سرعت سیال رقیق شونده ی برشی می شود. نسبت منظری مقطع نیز در نظر گرفته شده است و مشاهده می شود که افزایش نسبت منظری مقطع در گرادیان فشار مخالف تغییر زیادی در پروفیل سرعت ایجاد می کند اما گرادیان فشار موافق کمتر تحت تاثیر تغییرات ابعاد سطح مقطع است. همچنین ضریب اصطکاک با افزایش پتانسیل زتا در هر دو سیال غلیظ شونده ی برشی و رقیق شونده ی برشی، برای مدل یون نقطه ای افزایش می یابد اما برای مدل یون با اندازه ی محدود کاهش می یابد. سرعت متوسط سیال رقیق شونده ی برشی در پتانسیل زتای بالا با افزایش فاکتور استریک کاهش می یابد اما در سیال غلیظ شونده ی برشی اثر کمی دارد.
    کلیدواژگان: اثر استریک، سیال توانی، پتانسیل زتا، جریان الکترواسمتیک
  • مجدالدین نجفی*، شهاب الدین رحمانیان، بهزاد شیرانی صفحات 89-96
    در این مقاله، طراحی یک کنترل کننده جدید مقاوم جهت فرود خودکار پرنده های بال ثابت بدون سرنشین بر اساس اطلاعات ارسال شده از یک سیستم ناوبری خارج از پرنده مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجا که دشوارترین فاز پروازی یک هواپیمای بدون سرنشین فاز فرود است، معمولا بیشترین حوادث در این فاز رخ می دهد. لذا ارائه یک سیستم فرود خودکار با دقت بالا و با وجود اغتشاشات محیطی و نامعینی های سیستم برای این فاز، اهمیت فراوانی دارد. سیستم ناوبری فرود مورد استفاده در این مقاله، یک سیستم اپتیک و لیزر قابل حمل زمینی است که از روی باند، پرنده ی هدف را تعقیب نموده و اطلاعات مربوط به زاویه سمت و ارتفاع آن را نسبت به مرکز باند فرود محاسبه می کند. اما با توجه به خارجی بودن سیستم ناوبری، ارسال اطلاعات موقعیت برای پرنده ممکن است با تاخیر برای آن ارسال شود. در این راستا، سیستم کنترل پرنده می بایست به گونه ای طراحی شود که بر اساس اطلاعات دریافتی، پایداری پرنده را باوجود نامعینی های مدل، اغتشاشات محیط و مهم تر از همه، تاخیر در ارسال اطلاعات موقعیت، حفظ نماید. لذا در این مقاله یک کنترل کننده جدید پایدارساز مقاوم برای برآورده کردن چالش های فوق و همچنین بر اساس محدودیت های ساختاری کنترل کننده ی پرنده، پیشنهاد شده است. در انتها نتایج شبیه سازی نرم افزاری بر اساس نرم افزار در حلقه ارائه شده است. نتایج نشان دهنده ی قابلیت های این روش در کنترل فرود خودکار پرنده-های بدون سرنشین است.
    کلیدواژگان: هواپیمای بدون سرنشین، فرود خودکار، کنترل کننده H ∞-PID، ناوبری تصویری زمینی
  • حسین شاهی، عقیل یوسفی کما*، مجید محمدی مقدم صفحات 97-108
    در این مقاله رویکردی متفاوت در طراحی کنترلر ادمیتانس برای ربات های برون پوش کاربر-محور در مواجهه با اغتشاشات محیطی پیشنهاد می گردد. از آنجا که در این دسته از ربات ها، مسئله حفظ تعادل مجموعه ربات و انسان بر عهده کاربر است، لذا علاوه بر نیروی تعاملی، اغتشاشات محیطی که به ربات وارد می شوند نیز می بایست مورد توجه قرار گیرد. تاکنون رویکردهای کنترلی پیشنهاد شده فارغ از پرداختن به این مسئله، صرفا تمرکز خود را بر روی ارائه یک رابطه دینامیکی مناسب مابین نیروی تعاملی و حرکت ربات قرار داده اند. این مسئله می تواند در برخی موارد سبب ایجاد مشکل برای کاربر در ارائه واکنشی مناسب نسبت به اغتشاش وارده و برهم خوردن تعادل مجموعه گردد. در این مقاله به ارائه راهکاری برای کنترل همزمان نیروی تعاملی و اغتشاش پرداخته و کنترل های ترکیبی برپایه کنترلرهای کلاسیک ادمیتانس و امپدانس برای کنترل ربات پیشنهاد می گردد. بدین منظور، برخلاف رویه های معمول، از کنترل امپدانس به عنوان لایه کنترلی سطج پایین در کنترلر ادمیتانس استفاده می گردد. به منظور ارزیابی عملکرد کنترلرهای پیشنهادی در مقایسه با دیگر کنترلرهای مرسوم، شبیه سازی ای بر روی پای یک ربات برون پوش که در فاز آویزان قرار دارد انجام می پذیرد. نتایج نشان می دهد برخلاف کنترلرهای رایج که هر یک در ارائه پاسخ کنترل شده نسبت به اغتشاش محیطی ناتوان ظاهر می گردند، رویکردهای کنترلی پیشنهادی می توانند در عین ارائه عملکرد مطلوب در غیاب اغتشاش، در مواجهه با آن نیز عملکردی مطلوب برپایه یک دینامیک مرجع داشته باشند.
    کلیدواژگان: کنترل ادمیتانس، کنترل امپدانس، ربات برون پوش کابر-محور، نیروی تعاملی، اغتشاش محیطی
  • سجاد آهنگرزنوزی، حبیب الله صفرزاده، حبیب امین فر *، موسی محمدپورفرد صفحات 109-117
    در این مقاله به مدل سازی عددی جریان فروسیال جاری در یک سیکل خنک کاری بسته پرداخته شده است که فاقد هرگونه پمپ مکانیکی می باشد. جریان فروسیال از طریق اعمال میدان مغناطیسی غیر یکنواخت و با استفاده از خاصیت ترمومفناطیسی در سیکل بسته شارش خواهد یافت. فروسیال مربوطه شامل آب و اکسید آهن با کسرهای حجمی مختلف نانوذرات بوده و قطر نانوذرات برابر 13nm در نظر گرفته شده است. برای مدل سازی جریان از مدل دوفازی مخلوط و روش حجم کنترل استفاده شده است. برای اعمال میدان مغناطیسی از یک سیملوله الکترومغناطیسی استفاده شده است و به مدل سازی پایا و همچنین گذرای جریان ایجاد شده در سیکل خنک کاری از لحظه صفر (فروسیال به صورت ساکن در داخل سیکل) پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد که با اعمال میدان مغناطیسی و همچنین بهره گیری از ویژگی وابسته بودن مغناطیس پذیری به دما (اثر ترمومغناطیس) می توان باعث بوجود آمدن جریان در سیکل خنک کاری شد به طوری که با افزایش توان منبع ایجاد کننده گرما (گرمکن) در سیکل، مقدار دبی جریان در داخل سیکل افزایش می یابد. همچنین نتایج نشان می دهد که برای منبع سرد (منبع دفع کننده گرما) با دمای ثابت بالاتر، دبی جریان بیشتری در سیکل خنک کاری خواهیم داشت. علاوه بر این، برای فروسیال با کسر حجمی نانوذرات بالاتر، دبی جریان بوجود آمده در سیکل خنک کاری بیشتر خواهد بود. می توان از این سیکل خنک کاری جهت خنک کاری سیستم های الکترونیکی استفاده نمود.
    کلیدواژگان: نانوسیال، میدان مغناطیسی، اثر ترمومغناطیسی، سیکل خنک کاری
  • شهاب الدین همراهی، کورش گودرزی*، محمود یعقوبی، مهراورنگ قائدی صفحات 118-124
    هدف از این کار، طراحی و ساخت یک دستگاه چیلر جذبی خورشیدی می باشد که توسط کربن فعال/ متانول عمل می کند. سیستم های تبرید پیوسته توانایی ایجاد سرمایش بصورت مداوم را دارند. در این مقاله به بررسی تاثیر میکرو کربن فعال بر عملکرد یک دستگاه چیلر جذبی پیوسته پرداخته می شود. منبع گرمای این چیلر از طریق نور خورشید و توسط کلکتور سهموی مرکب که نیاز به ردیابی نور خورشید نمی باشد، تامین می گردد. سیستم توسط دو بستر جاذب عمل می کند که هرگاه یکی در حال جذب باشد، دیگری در حال دفع قرار می گیرد. آزمایش ها در شهر یاسوج طی سه روز مختلف و به ازاء سه دمای آب گرم ورودی C°38، C°34 و C°30 به چیلر در ماه بهمن صورت پذیرفته است. دمای میانگین محیط در طول آزمایش C°18 می باشد. نتایج تجربی نشان داد که به ازاء انرژی کل ورودی MJm-213 و دمای ورودی آب گرم چیلر C°38، C°34 و C°30 میانگین ضریب عملکرد دستگاه به ترتیب 3/12، 3/10 و 10 درصد بدست می آید. همچنین میانگین توان مخصوص دستگاه به ازاء دماهای اشاره شده به ترتیب Wkg-188، Wkg-165 و Wkg-150 بدست آمد.
    کلیدواژگان: جذب سطحی فیزیکی، کلکتور خورشیدی، کربن فعال، ضریب عملکرد
  • هانیه عسگری، عرفان طاعتی زاده، مصطفی سفیدگر*، مجید سلطانی صفحات 125-132
    امروزه با استفاده از شبیه سازی بافت طبیعی و چگونگی نفوذ مواد در داخل بدن، محل توده سرطانی قابل پیش بینی می باشد. همچنین با در نظر گرفتن بافت سرطانی، روند رشد آن نیز قابل ارزیابی است. جریان عبوری درون مویرگ، تاثیر آن بر بافت های مجاور و نفوذ مولکول ها از دیواره مویرگ ازجمله مواردی است که در این نوع از مدل سازی ها در نظر گرفته می شود. سلول های سرطانی به دلیل نرخ سریع تکثیر سلولی، دارای سطح پایینی از اکسیژن می باشند. این کمبود اکسیژن هیپوکسی نام دارد. به همین دلیل با استفاده از روش های تهاجمی و غیرتهاجمی مختلف، میزان اکسیژن در تمامی قسمت های بدن اندازه گیری می شود. دستگاه پت ازجمله نمونه هایی است که با استفاده از ردیاب های مشخص به صورت غیرتهاجمی وضعیت توزیع اکسیژن را در قسمت های مختلف بدن نمایش می دهد. در این مقاله با در نظر گرفتن شبکه مویرگی واقعی، جریان خون در آن شبیه سازی شده است. در ادامه، با در نظر گرفتن تاثیرات آن بر بافت، فشار اکسیژن و غلظت ردیاب به طور هم زمان مدل سازی شده اند. در آخر نیز غلظت ردیاب در دو حالت آزاد و متصل به سلول ها در نقاط مختلف بافت نمایش داده شده و تغییرات آن بازمان نیز بررسی شده است.
    کلیدواژگان: تومور، هیپوکسی، دستگاه پت، فشار اکسیژن، اف مایزو
  • بابک کامکاری *، محمد وهابی صفحات 133-143
    در این تحقیق فرآیند ذوب ماده تغییر فاز دهنده در داخل محفظه مستطیل شکل به صورت تجربی و عددی مورد مطالعه قرار می گیرد. هدف از این تحقیق بررسی نقش زاویه قرارگیری محفظه بر تشکیل ساختار های جریان جابجایی آزاد در فاز مایع و تاثیر آن بر نرخ ذوب ماده تغییر فاز دهنده است. در بخش تجربی آشکارسازی فرآیند ذوب با تصویر برداری از ماده تغییر فاز دهنده در یک محفظه شفاف انجام می گیرد. سپس با استفاده از روش پردازش تصویری، کسر مایع در لحظات مختلف به دست می آید. تغییر در شکل سطح مشترک جامد-مایع به خوبی نشان دهنده تغییر ساختار جریان های جابجایی در داخل محفظه می باشد. مدل سازی عددی فرآیند به روش انتالپی-تخلخل برای زوایای 90، 45 و 0° و در دماهای 55، 60 و °C 70انجام می شود. نتایج نشان می دهد با کاهش زاویه مخزن از 〖90〗^o به〖45〗^o و 0^o زمان ذوب ماده تغییر فاز دهنده به ترتیب به میزان 52% و 37% نسبت به محفظه عمودی کاهش می یابد. کاهش زمان ذوب در محفظه با کاهش زاویه به دلیل ظهور جریان های گردابه ای و تشکیل توده های حرارتی در فاز مایع است. با افزایش عدد استفان از 0.36 به 0.43 و 0.55 میزان انرژی ذخیره شده به ترتیب به میزان5.4% و 13.8% افزایش می یابد. همچنین با استفاده از رگرسیون غیر خطی داده ها رابطه ای جهت پیش بینی انرژی ذخیره شده در مخزن برای اعداد استفان و زوایای مختلف مورد بررسی در این تحقیق به دست آمده است.
    کلیدواژگان: مواد تغییر فاز دهنده، جابجایی طبیعی، ذخیره سازی انرژی نهان، فرآیند ذوب
  • مهدی ظهور*، سید میثم موسوی صفحات 144-150
    نمودارهای حد شکل دهی، ابزاری مناسب برای پیش بینی ناپایداری ورق در فرایندهای شکل دهی می باشند. هدف از این تحقیق، ارزیابی شکل پذیری ورق برنج 260 تحت نرخ کرنش‏های مختلف (به ویژه نرخ کرنش بالا) است. برای این منظور، سه سری آزمایش تجربی، طراحی شده است: آزمون ناکازیما (جهت تعیین نمودار حد شکل دهی در شرایط شبه استاتیکی)، شکل‏دهی هیدرودینامیکی (جهت تعیین نمودار حد شکل دهی در شرایط نرخ کرنش متوسط) و شکل دهی الکتروهیدرولیکی (جهت تعیین نمودار حد شکل دهی در شرایط نرخ کرنش بالا). شکل دهی الکتروهیدرولیکی یک فرایند شکل دهی ورق فلزی با سرعت بالا است که در آن دو یا تعداد بیشتر الکترود در محفظه ای پر از آب قرار دارند و تخلیه الکتریکی ولتاژ بالا بین آن ها، فشار بالائی جهت شکل دادن ورق ایجاد می کند. از کوپل فرمولاسیون لاگرانژی- اویلری انتخابی با الگوریتم اندرکنش سیال و سازه (که در نرم‏افزار ال اس داینا در دسترس است)، جهت شبیه سازی عددی این فرایند و طراحی هندسه ورق ها استفاده شده است. نتایج حاکی از آن است که حد شکل دهی ورق برنجی در فرایند الکتروهیدرولیکی، تقریبا یازده درصد نسبت به حالت شبه استاتیکی افزایش می‏یابد. همچنین، شکل پذیری این ماده تحت فرایند هیدرودینامیکی چهار درصد بیشتر از مقدار شبه استاتیکی است.
    کلیدواژگان: نمودار حد شکل دهی، نرخ کرنش بالا، فرایند الکتروهیدرولیکی، شبیه سازی عددی
  • امیر توحیدی * صفحات 151-160
    در مطالعه حاضر، اثر جابجایی آشوبناک بر اختلاط درون یک همزن جریان آرام به صورت تجربی و عددی بررسی شده است. همزن شامل دو روتور و یک استاتور استوانه ای با سطح مقطع دایروی است به صورتی که می توان سرعت چرخش روتورها را با زمان کنترل نمود. این نوع همزن در صنایع غذایی و دارویی کاربرد فراوان دارد. عملکرد همزن به صورت تجربی از طریق تزریق رنگ و ثبت تصاویر مورد بررسی قرار گرفت و به صورت عددی نیز اثر جریان آشوبناک بر اختلاط با ردگیری لاگرانژی ذرات، محاسبه میزان کشیدگی المان های سیال و ایجاد مقاطع پوآنکاره به صورت کمی و کیفی نتایج تجربی نشان می دهد با اغتشاش سینوسی اعمال شده به سرعت دورانی روتورها نواحی ضعیف اختلاط در طول زمان از بین رفته و ذرات سیال به خوبی در سطح همزن پخش می شوند. با استفاده از شبیه سازی عددی نیز نشان می دهند هنگامی که سرعت دورانی روتورها متغیر است جریان درون همزن حساس به شرایط اولیه می باشد که این امر یکی از شاخصه های مهم جریان آشوبناک است. همچنین با محاسبه مقدار کشیدگی المان های سیال نشان داده شد که مقدار متوسط نمایی کشیدگی در جریان آشوبناک نسبت به جریان غیر آشوبناک افزایش 2 برابری دارد. در این تحقیق بر اساس مفاهیم علمی و کاربردی تئوری آشوب در مکانیک سیالات، راندمان همزن های دور پایین در اختلاط سیالات بسیار لزج بدون افزایش انرژی مصرفی، افزایش چشمگیری یافته است.
    کلیدواژگان: همزن آشوبناک، اختلاط، سیال بسیار لزج، جریان آرام
  • علیرضا با صحبت نوین زاده*، محسن حیدری، محمدرضا یاسری صفحات 161-171
    در این مقاله، به طراحی کنترل کننده غیرخطی یک وسیله پرنده فرضی به روش کنترل تطبیقی بدون مدل پرداخته شده است. پیشرفت صنایع در دهه اخیر باعث پیچیده شدن و بزرگ شدن دستگاه ها و فرآیندهای مورداستفاده در آن ها شده است به همین دلیل یکی از مشکلات اساسی صنایع، مدل سازی این دستگاه ها و فرآیندها است که بیشتر آن ها از کنترل کننده تام به خاطر سادگی، عدم نیاز به طراحی خاص و حجم محاسبات کم استفاده می کنند. یکی از راهکارهای حل مشکلات ناشی از مدل سازی استفاده از روش های داده محور است، یکی از این روش ها که تنها با استفاده از داده های برخط سیستم عمل می کند، کنترل تطبیقی بدون مدل است. این روش دارای ویژگی-های منحصربه فردی مانند عدم نیاز به شناسایی سیستم، برخط بودن تخمین پارامترها و وضعیت سیستم، ساختار ساده و تطبیقی، حجم محاسباتی کم نسبت به دیگر روش-های کنترل داده محور برخط و عدم وابستگی کامل به ساختار و دینامیک سیستم است که آن را برتر از سایر روش های داده محور کرده است. در این مقاله سه شکل این روش بر روی کانال پیچ یک پرنده غیرخطی پیاده سازی و با کنترل کننده تام مقایسه شده است. مقایسه پایداری این کنترل کننده و کنترل کننده تام با اعمال نویز و عدم قطعیت به سیستم انجام شده است و در نهایتا برای کاملا صنعتی شدن این بررسی، سیستم همراه با عملگر درجه یک در نظر گرفته شده است. نتایج به دست آمده نشان می-دهد شکل کامل کنترل تطبیقی بدون مدل دارای پاسخی به مراتب بهتر نسبت به کنترل کننده تام است.
    کلیدواژگان: کنترل کننده تام، کنترل داده محور، کنترل تطبیقی بدون مدل، کانال پیچ، پایداری
  • حکیمه برقی زنجانی، احمد کلهر*، مهدی فکور صفحات 172-180
    در هاورینگ، ماهواره پیرو باید به طور مرتب سوخت مصرف کند تا بتواند همواره نسبت به یک نقطه مبدا فاصله ثابتی داشته باشد. از آن جا که میزان سوخت در ماهواره ها یک المان کلیدی و تاثیرگذار می باشد، بهینه کردن مصرف آن نیز از ارزش بالایی برخوردار است. سرعت سیستم و زمان رسیدن به پایداری هم از المان های مهم دیگری است که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور از سه کنترلر پرکاربرد در سیستم های مختلف، از جمله سیستم هاورینگ استفاده شده است. این کنترلرها کنترلر LQR، کنترلر جایابی قطب ها و کنترلر مد لغزشی هستند. در ادامه این کنترلرها با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات بهینه سازی شدند که این بهینه سازی به منظور مصالحه ای بین میزان مصرف سوخت و زمان رسیدن به پایداری صورت گرفت. مقایسه نتایج نهایی نشان می دهد که کنترلر مد لغزشی می تواند بهترین گزینه برای بهینه سازی سیستم هاورینگ باشد.
    کلیدواژگان: کنترلر جایابی قطب ها، کنترلر مد لغزشی، LQR، سرویس های مداری، کنترل فاصله نسبی
  • سجاد نیکویی، بهروز حسنی * صفحات 181-191
    در این مقاله روش عددی جدیدی بر اساس تحلیل ایزوژئومتریک برای تحلیل های استاتیکی و ارتعاش آزاد ورق های کامپوزیتی چندلایه پوشیده شده با مواد هوشمند پیزوالکتریک با استفاده از نظریه رایزنر- میندلین ارائه شده و دقت و کارایی آن مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از تحلیل ایزوژئومتریک ساده سازی طراحی هندسه و تحلیل مهندسی به کمک کامپیوتر با استفاده از توابعی است که به توصیف هندسه و در عین حال مجهولات می پردازند. در اینجا از روش ایزوژئومتریک با توابع پایه غیریکنواخت کسری بی- اسپلاین (نربز) از مرتبه های دو، سه و چهار برای تعریف هندسه مسئله و نیز تقریب زدن متغیرهای مجهول بهره جسته ایم. با توجه به استفاده از نظریه تغییر شکل برشی مرتبه اول رایزنر– میندلین برای میدان جابه جایی، پیوستگی C0 در اینجا کافی می باشد که توابع پایه نربز این پیوستگی را تامین می نمایند. همچنین فرض شده است که پتانسیل الکتریکی لایه های پیزوالکتریک در راستای ضخامت به صورت خطی تغییر کنند. برای کاهش تاثیر پدیده قفل شدگی برشی در روابط سختی از روش بهبود پایداری استفاده شده است. از آنجا که بررسی کارایی و دقت روش ایزوژئومتریک در حل ورق های چندلایه کامپوزیتی پیزوالکتریک جزوه اهداف اصلی این مقاله است، مثال های متعدد عددی آورده شده و با سایر منابع موجود مقایسه گردیده است. نتایج بدست آمده موید دقت مطلوب و کارایی روش پیشنهادی است.
    کلیدواژگان: تحلیل ایزوژئومتریک، ورق ها، کامپوزیت، پیزوالکتریک
  • سیده مریم میرفلاح نصیری، علی باستی*، رامین هاشمی، ابوالفضل درویزه صفحات 192-198
    در فرآیندهای جدید شکل دهی ورق های فلزی مانند شکل دهی تدریجی و شکل دهی چرخشی کاربرد فرض حالت تنش صفحه ای در مدل مارسینیاک-کوزینسکی به علت وجود تنش های نرمال و برشی چندان منطقی نیست. در این نوع فرآیندهای شکل دهی، کرنش های حدی به دست آمده بر بهبود شکل پذیری ورق دلالت می کند. حال آن که در پژوهش ها کم تر تاثیر وجود تنش برشی بررسی شده است. نمودار حد شکل دهی توسعه یافته منحنی ارزشمندی است که هر شش مولفه ی تانسور تنش در آن لحاظ شده است. در این مقاله، اثر تنش های نرمال و برشی بین ضخامتی بر روی کرنش های حدی ورق آلومینیومی AA6011 با استفاده از مدل اصلاح شده ی M-K و تابع تسلیم غیرایزوتروپیک هیل 48 و به کمک روش حل عددی دستگاه معادلات غیرخطی نیوتن-رافسون بررسی شده است. ابتدا نمودار حد شکل دهی با فرض وجود تنش های برشی بین ضخامتی ترسیم شد و در ادامه اثر هم زمان تنش نرمال و تنش برشی بر روی کرنش های حدی بررسی و منحنی های حد شکل دهی توسعه یافته حاصل شد. نتایج نشان می دهد که تنش های برشی ضخامتی موجب افزایش کرنش های حدی می شود. هم چنین تاثیر تنش نرمال در مقایسه با تنش برشی بر افزایش شکل پذیری ورق بیش تر است.
    کلیدواژگان: نمودار حد شکل دهی توسعه یافته، تنش نرمال، تنش برشی بین ضخامتی، مدل اصلاح شده ی مارسینیاک-کوزینسکی
  • غلامرضا راشد*، حامد زیلابی صفحات 199-209
    در این مقاله اندازه و شکل ناحیه ی پلاستیک نوک ترک برای یک صفحه به طول بینهایت با ترک مرکزی در حالت تنش صفحه ای و تحت شرایط مختلف بارگذاری برای مواد ارتوترپیک بر اساس دو معیار تسلیم تسای-هیل و هافمن ارائه گردیده است. در تمام حالت های بارگذاری فرض شد که اندازه ی ناحیه ی پلاستیک نسبت به اندازه ی طول ترک کوچک باشد. به عنوان نمونه شکل ناحیه ی پلاستیک برای ماده ی برن-اپوکسی و فولاد که به ترتیب موادی ارتوترپیک و همسانگرد هستند، ارائه و تاثیر زاویه ی محور ترک بر شکل ناحیه ی پلاستیک نوک ترک در حالات مختلف بارگذاری بررسی شده است. نوع بارگذاری به شکلی انتخاب شد تا شکل ناحیه ی پلاستیک نوک ترک در حالت های بارگذاری مود یک، مود دو و ترکیب مود یک و دو بدست آید. برای مقایسه ی بین نتایج حاصل از معیار تسلیم تسای-هیل و هافمن از مفهوم مساحت بدون بعد ناحیه ی پلاستیک نوک ترک استفاده شده است. نتایج حاصل نشان داد که اندازه ی شکل ناحیه ی پلاستیک برای برن-اپوکسی بر اساس معیار تسای-هیل همواره کوچک‏تر از مقدار مشابه بر اساس معیار تسلیم هافمن است و این اختلاف بر اساس مساحت بدون بعد ناحیه ی پلاستیک کمتر از 10 درصد و بر اساس شعاع بدون بعد ناحیه ی پلاستیک کمتر از 13 درصد است. شکل ناحیه ی پلاستیک برای مواد همسانگرد در یک شرایط خاص بارگذاری یکسان است در صورتی که در شرایط مشابه برای مواد ارتوتروپیک می تواند متفاوت باشد.
    کلیدواژگان: زاویه ی محور ترک، ناحیه ی پلاستیک نوک ترک، مواد ارتوتروپیک، تنش صفحه ای، مود ترکیبی
  • ارسلان بابایی رباط *، خلیل عالی پور، بهرام تارویردی زاده، نفیسه محمدیان افتح صفحات 210-218
    سیستم ترکتور-تریلر یک ربات پایه متحرک چرخ دار متشکل از یک واحد چرخ دار مجهز به عملگر به نام ترکتور و یک یا چند واحد چرخ دار دیگر به نام تریلر است که به وسیله ی یک پین غیرفعال به هم متصل شده اند. در این مقاله فرض بر اینست که رانش سیستم بر عهده ی ترکتور است و تریلر غیرفعال می باشد. در این پژوهش، به مدل سازی در سطح سینماتیک پرداخته شده، لذا ورودی های سیستم، سرعت خطی تریلر و سرعت زاویه ای ترکتور فرض شده است. به دلیل فرض غلتش خالص در چرخ ها، با یک سیستم غیرخطی تحت قیود غیرهولونومیک روبرو هستیم. در این مقاله، برای اولین بار، کنترل پیش بین، جهت کنترل حرکت ترکتور-تریلر به کار برده شده است و هدف، ردیابی مسیر زمانی تریلر خواهد بود. پس از استخراج مدل سینماتیکی ترکتور-تریلر، یک مسیر هندسی قابل حصول به عنوان مسیر مرجع فرض می شود. با خطی سازی معادلات سیستم حول مسیر مرجع و استفاده از روش کنترل پیش بین مدل مبنا که بر پایه ی کنترل بهینه استوار است، یک قانون کنترلی برای تعقیب مسیر هندسی مرجع پیشنهاد می شود که همواره تابع هدف تعریف شده را کمینه می کند. با در نظر گرفتن اشباع عملگری در ورودی های سیستم، یک مساله ی بهینه سازی مقید، به صورت عددی حل خواهد شد. کنترلر طراحی شده در این مقاله، با کنترلر مرسوم و متداول تناسبی-انتگرال گیر-مشتق گیر، مقایسه و کارایی بهتر آن نشان داده خواهد شد. در پایان صحت و قوام کنترلر طراحی شده نسبت به اغتشاش و نامعینی در پارامترها، با شبیه سازی سیستم در نرم افزار متلب تصدیق خواهد شد.
    کلیدواژگان: ترکتور-تریلر، غیر هولونومیک، کنترل پیش بین، ردیابی مسیر زمانی، تناسبی-انتگرال گیر-مشتق گیر
  • علی اکبر مجیدی، سید حجت هاشمی * صفحات 219-228
    در سال های اخیر شکست نگاری نمونه های فولادی آزمایش ضربه سقوطی بدلیل پیچیدگی زیاد و دارا بودن ویژگی های بسیار متفاوت مورد توجه محققین قرار گرفته است. در تحقیق حاضر برای نخستین بار بررسی ماکروسکوپیک (مرئی) سطح شکست نمونه حاوی درزجوش مارپیچ از جنس فولاد API X65 با استفاده از آزمایش ضربه سقوطی انجام شده است. نمونه های آزمایشگاهی حاوی درزجوش در وسط نمونه، از لوله واقعی فولادی با قطر خارجی 1219 میلی متر و ضخامت دیواره 14.3 میلی متر بریده و تا ابعاد استاندارد ماشین کاری شد. سپس شیار اولیه شورون با هندسه V-شکل در وسط درزجوش با عمق شیار های مختلف (5.1، 10 و 15 میلی متر) ایجاد و نمونه ها تحت بارگذاری دینامیکی با سرعت چکش 7 متر بر ثانیه آزمایش شد. شکست نگاری نمونه با عمق شیار 5.1 میلی متر (معرف رفتار شکست درزجوش) نشان داد ترک بصورت شکست مسطح از نوع تورقی (کلیواژ) درریشه شیار (محل حداکثر ضریب شدت تنش) آغاز شد. شکست ترد بلافاصله تبدیل به شکست نرم برشی شده و با انحراف به یک سمت نمونه به مقدار زیاد در ناحیه متاثر از حرارت ادامه یافت و سپس درانتهای آزمایش وارد ناحیه فولاد پایه شد. در ناحیه شکست نرم برشی، لایه لایه شدن طولی فولاد تقریبا به موازات مسیر رشد ترک وجود دارد. در منطقه ضربه چکش نیز لبه های برشی وشکست معکوس مشاهده می شود. با محاسبه مساحت شکست نرمبرشیبالای 95 درصد، مطابق روابط موجود در استاندارد مشخص شد این شکست مکانیزم غالب در نمونه آزمایش شده بوده و این فولاد برای کاربرد در لوله های پرفشار انتقال گاز طبیعی مناسب است.
    کلیدواژگان: آزمایش ضربه سقوطی، لوله فولادی انتقال گاز، درزجوش مارپیچ، فولاد API X65، سطح شکست برشی
  • محمدرضا کاظمی، شاهرخ شمس*، علیرضا ترابی، سید محمد منصوری، محمدرضا سپاه امیری صفحات 229-238
    در این مقاله با ارائه شیوه ی نوین حل تحلیلی و ایراد فرضیات مناسب به محاسبه عبارات سفتی و به دنبال آن صلبیت پیچشی (و مدول برشی) معادل در مقاطع جدار نازک تک سلولی و چند سلولی کامپوزیتی با شکل مقطع معین پرداخته می شود و نتایج محاسبات در قالب کدهایی برای محاسبه سریع این پارامترها ارائه می گردد. در استخراج معادلات مورد نیاز، با بکارگیری فرضیات بکار رفته برای تیر اویلر- برنولی ابتدا روابط تنش- کرنش و سپس روابط کرنش- شعاع انحناء استخراج شده و در ادامه با استفاده از رابطه انرژی پتانسیل برای تیرهای الاستیک، پارامترهای سفتی تیر کامپوزیتی مذکور محاسبه می شود. در ادامه با بکارگیری پارامترهای سفتی، صلبیت پیچشی معادل برای مقاطع تک سلولی و چند سلولی جدار نازک بیان می شود. برای صحت سنجی فلسفه ارائه شده و برنامه تهیه شده متناسب با آن نتایج حاصل از کار حاضر با نتایج حاصل از المان محدود مقایسه و نتایج در قالب جدول هایی ارائه شده است. بررسی ها نشان می دهد استفاده از روش ارائه شده در این مقاله در محاسبه صلبیت پیچشی مقاطع تک سلولی و چند سلولی ساخته شده از مواد مرکب چند لایه به عنوان یک تقریب اولیه و مناسب می تواند مورد استفاده قرار گرفته و در روند تحلیل و طراحی سریع مسائل مشابه، به خصوص طراحی سازه های ساخته شده از مواد مرکب در صنعت هوایی بسیار مفید و حائز اهمیت باشد.
    کلیدواژگان: صلبیت پیچشی معادل، مواد مرکب، پارامترهای سفتی، مقاطع تک سلولی و چند سلولی
  • احسان حسین زاده، سینا سوداگر * صفحات 239-246
    در این مقاله به بررسی و مطالعه استفاده از تئوری پراکندگی تشدید (RST) در ارزیابی استوانه های الاستیک جاسازی شده در یک محیط جامد الاستیک پرداخته می شود. بدین منظور از طیف سنجی تشدید فراصوتی بر روی نتایج حاصل از شبیه سازی المان محدود پراکندگی امواج فراصوتی از استوانه های الاستیک جاسازی شده در ماتریس جامد تحت تابش امواج صفحه ای استفاده می گردد. تعیین مودها و فرکانسهای تشدید در طیف پراکندگی بازگشتی با استفاده از تکنیک تفکیک و شناسایی تشدید پالس کوتاه اصلاح شده (short-pulse MIIR) برروی امواج پراکندگی بازگشتی شبیه سازی شده در روش المان محدود با درنظر گرفتن اثرات فرکانسی سیستم اندازه گیری انجام می شود. مقایسه نتایج بدست آمده از این روش، در فرکانسها و مودهای تشدید، با نتایج آزمایشگاهی و تحلیل ریاضی نشان دهنده صحت مدل ارائه شده است. با استفاده از این روش طیف تشدید پراکندگی بازگشتی از دو استوانه مجاور جاسازی شده در محیط الاستیک تحت تابش موج صفحه ای فراصوتی محاسبه و ترسیم گردیده است. سپس چگونگی تاثیر فاصله استوانه های مجاور و موقعیت قرارگیری ترنسدیوسر گیرنده بر فرکانسها و مودهای تشدید بدست آمده از امواج مختلف مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. بررسی نتایج بدست آمده از طیف پراکندگی تشدید دو استوانه فولادی مجاور نشان می دهد تغییر فاصله دو استوانه موجب تغییر فرکانس تشدید مود n=4 و تغییر موقعیت ترنسدیوسر گیرنده موجب تغییر فرکانس تشدید در مودهای n=3 و n=4 می گردد.
    کلیدواژگان: امواج فراصوتی، استوانه های جاسازی شده در محیط الاستیک، طیف سنجی تشدید فراصوتی
  • هادی تقی زاده، تاج بخش نوید چاخرلو * صفحات 247-258
    فرآیند تداخل یک تکنیک موثر برای بهبود عمر خستگی اتصالات می باشد و بصورت گسترده در صنایع مختلف به ویژه هوا-فضا و صنایع خودروسازی برای افزایش عمر خستگی اتصالات مورد استفاده قرار می گیرد. بیشتر مطالعات انجام گرفته شده در زمینه تداخل بر روی ورق های سوراخ باز انجام شده اند. این در حالی است که تداخل در عمل برای اتصالات پیچی هم به کار می رود که رفتار متفاوتی در مقایسه با اتصالات با سوراخ باز دارند. اهمیت این پژوهش در گسترش دادن به معلومات موجود در زمینه اتصالات تحت تداخل به مرحله ی پس از بستن پیچ و مهره می باشد در این مقاله تحقیق جامعی بر روی تاثیر تداخل توام با پیش بار اتصال پیچ و مهره بر عمر خستگی ورق سوراخ دار بصورت تجربی و عددی انجام شده است. آزمایش های خستگی بر روی آلیاژ آلومینیم 7075-T6 انجام شده است و نمودار تنش-عمر برای نمونه ها به دست آمده است. توزیع تنش و کرنش اطراف سوراخ نمونه های دارای تداخل و پیش بار حین اعمال بار دینامیکی طولی با استفاده از یک مدل المان محدود سه بعدی در نرم افزار انسیس تحلیل شده است. نتایج به دست از مدل المان محدود برای توجیه مشاهدات تجربی استفاده شده است. توزیع پیش تنش ناشی از تداخل و باز توزیع آن پس از اعمال نیروی فشاری به دست آمده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که اعمال نیروی فشاری پیچ و مهره بر روی نمونه های دارای تداخل باعث افزایش عمر خستگی نمونه ها شده است. بیشترین بهبود عمر در نمونه های تحت پیش بار 3409 و 6818 نیوتن بترتیب 2.5 و 7 برابر نمونه های تداخل می باشد.
    کلیدواژگان: تداخل، عمر خستگی، اتصالات پیچی، مدل المان محدود، پیش بار
  • مجتبی زارعی، نوید کاشی، مهدی طالع ماسوله *، احمد کلهر صفحات 259-268
    در این پژوهش، الگوریتمی نوین که ترکیبی از برنامه ریزی گسسته، بهینه سازی محدب، قیود مخروط تصادم سرعت و افق پیش بین می باشد، برای مسیریابی و کنترل بلادرنگ و عاری از تداخل ربات های متحرک ارائه می گردد. در این مقاله، محیط مورد نظر محیط ناشناخته می باشد که الگوریتم ارائه شده برای دو سناریو مجزا، یکی برای محیط ناشناخته ی ثابت و دیگری محیط ناشناخته ی پویا با استفاده از بسته ی نرم افزاری سی وی ایکس در شبیه ساز متلب ابتدا شبیه سازی می شود و سپس در ادامه با در نظر گرفتن ملاحظات لازم برای ربات واقعی، الگوریتم بر روی ربات ای پاک در محیط رآس پیاده سازی می گردد. به منظور پیاده سازی از حل کننده ی گوروبی با مجوز آموزشی استفاده می گردد. به منظور محدب سازی قیود نامحدب، از روش برنامه نویسی مخلوط عدد صحیح خطی استفاده می شود. همچنین، تمامی قیود باید حالت خطی خود را در افق های بعدی نیز حفظ نمایند. از این رو، برای اجتناب از برخورد، از دو نوع قید استفاده می شود. در افق اول، از قید مخروط تصادم به منظور تضمین عدم برخورد و در افق های بعدی از قیود مبتنی بر مفهوم روش باگ به منظور عدم برخورد و همچنین مدل کردن قسمتی از نامعینی ها در اندازه گیری موقعیت و سرعت ها استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که این الگوریتم از قابلیت اطمینان بالایی برخوردار بوده و در تمامی موارد ایمنی و عدم برخورد با موانع رعایت می شود. همچنین زمان حل در هر مرحله کمتر از 0.004 ثانیه و حاکی از بلادرنگ بودن این الگوریتم برای مسیریابی این نوع ربات می باشد.
    کلیدواژگان: مسیریابی ربات متحرک، بهینه سازی محدب، مخروط تصادم سرعت، کنترل افق پیش بین، اجتناب از برخورد
  • عبدالرحمان حقیقی، محمد رحیم همتیان* صفحات 269-276
    روش جواب های اساسی، یک روش مرزی بدون شبکه است که برای حل مسائل با مرز نامشخص یا متحرک بسیار مناسب است. در این مقاله، روش جواب های اساسی در زمینه مسائل بهینه سازی شکل هندسی مقاطع تحت پیچش به کار گرفته شده است. هدف این پژوهش، یافتن شعاع های بهینه گوشه ی مقاطع توخالی تحت پیچش، برای به حداقل رساندن حداکثر تنش برشی است. در ابتدا، نشان داده می شود که برای مقدار بهینه شعاع گوشه، می بایست حداکثر تنش برشی در مرز خارجی با حداکثر تنش برشی در گوشه های داخلی برابر باشد. با توجه به این واقعیت، یک تابع هدف مناسب تعریف شده است و سپس با استفاده از روش لونبرگ-مارکوارت، که یک روش بهینه سازی مبتنی بر گرادیان است، تابع هدف به حداقل می رسد. نحوه چیدمان نقاط متمرکز و چشمه، تاثیر بسیار مهمی بر دقت جواب در روش جواب های اساسی دارد. در اینجا، برای تعیین مناسب محل نقاط چشمه و متمرکز از یک روش دوقیدی استفاده می شود. به منظور ارزیابی دقت کد توسعه یافته برای تحلیل پیچشی اعضای توخالی با استفاده از روش جواب های اساسی، یک مثال با دامنه بیضی توخالی ارائه شده است. نتایج عددی حاصل با نتایج حاصل از جواب دقیق مساله مقایسه شده است که انطباق بسیار خوبی را نشان می دهد. مقادیر بهینه شعاع انحنای گوشه برای عضوهای با مقاطع مربع، مستطیل و ذوزنقه در ضخامت های مختلف به دست آمده است و سپس با توجه به نتایج به دست آمده، فرمولی برای تعیین شعاع های بهینه گوشه های داخلی مقاطع مستطیل توخالی استخراج شده است.
    کلیدواژگان: روش جوابهای اساسی، پیچش، عضو توخالی، روش دوقیدی، روش لونبرگ-مارکوارت
  • آرزو کدخداجعفریان*، علی آنالویی، شهرام آزادی، رضا کاظمی صفحات 277-288
    در این پژوهش روی مسیریابی خودروها در محیط های پیچیده شهری تمرکز شده است. در ابتدا خودرو هوشمند موانع و خطوط جاده را شناسایی کرده و مناطق امن را به-وسیله روش فاصله زمانی _که در این پژوهش توسعه داده شده است_ مشخص نموده است و سپس توسط الگوریتم نوشته شده مسیری نزدیک به تصمیم گیری های هوشمندانه یک انسان به دست آورده است. در مسیر به دست آمده در نواحی که نیاز به انجام تعویض خط می باشد امکان برخورد با خودروهای اطراف وجود دارد. جهت اطمینان حاصل کردن از عدم برخورد، یک منحنی چندجمله ای درجه پنج برای هر تعویض خط پیشنهاد داده شده است و منحنی با توجه به امکان پذیر بودن انجام مانور از نظر دینامیک خودرو و شتاب عرضی مجاز خودرو بهینه شده است. در نهایت مسیر دقیقی پیشنهاد داده شده تا خودرو بتواند از میان موانع با ایمنی کامل و بدون برخورد عبور کند. در پایان دو نمونه سناریو نزدیک به محیط ترافیکی بزرگراه های شهری شبیه سازی شده و عدم برخورد در آن ها توسط نرم افزار متلب صحه گذاری شده و مسیر به دست آمده توسط کنترلر مود لغزشی کنترل شده است. در این سناریوها شتاب عرضی خودرو از حد مجاز تجاوز نکرده است.
    کلیدواژگان: مسیریابی، عدم برخورد، کنترلر مود لغزشی، تعویض خط خودکار، محیط های شهری
  • محمدرضا دهقانی تفتی، مجید محمدی مقدم*، پوریا ترابی صفحات 289-299
    استفاده از سیستم های رباتیک در جراحی به دلیل خصوصیاتی همچون دقت بالا، خستگی ناپذیری و عدم اشتباه روز به روز رو به افزایش است. به طور ویژه، این سیستم ها در اعمال جراحی بر روی بافت استخوانی به دلیل ثابت بودن و عدم تغییر شکل و امکان برنامه ریزی پیش از عمل مناسب هستند. با این وجود سیستم های رباتیک با توانایی برش و سوارخکاری جمجمه برای جراحی های مغز و اعصاب در مرحله تحقیقاتی به سر می برند. در این تحقیق با بررسی نیازمندی های جراحی های روی جمجمه، انتظارات جراحان از یک سیستم رباتیک مد نظر قرار داده شد و بر اساس آن طراحی، تحلیل، ساخت و راه اندازی یک نمونه ربات جراحی بر روی جمجمه با یک مکانیزم کروی و دارای مرکز آنی دوران بیرونی انجام گرفت. معادلات سینماتیک و ژاکوبین ربات به صورت تحلیلی استخراج و توسط شبیه سازی نرم افزاری صحه گذاری شدند. با انجام طراحی جزئی و تحلیل نیرویی، عملگرهای مناسب از موتورهای متناوب سروو برای این سیستم انتخاب گردیدند. یک ربات نمونه از سیستم طراحی شده از جنس آلومینیوم ساخته شد. در فرآیند راه اندازی، عملکرد روش های مختلف ارتباط با سروو درایوها آزمایش شد و ترکیبی از آنها برای دستیابی به قابلیت اطمینان و سرعت بالا استفاده گردید. در نهایت پس از راه اندازی سیستم سخت افزاری، کتابخانه نرم افزاری برای ارتباط راحت با موتورها و کنترل آنها کدنویسی شد.
    کلیدواژگان: جراحی رباتیک، معادلات سینماتیک، ارتباط با سخت افزار، کرینیوتومی
  • حسین قاضی زاده احسایی، مهران عامری * صفحات 300-310
    در این مقاله تاثیر استفاده از منبسط کننده و مبدل حرارتی داخلی در پمپ حرارتی زمین گرمایی انبساط مستقیم دی اکسیدکربن در سیکل فوق بحرانی مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا مقایسه بین چهار سیکل انجام شده است: 1) سیکل با شیر انبساط 2) سیکل با منبسط کننده 3) سیکل با شیر انبساط و مبدل حرارتی داخلی 4) سیکل با منبسط کننده و مبدل حرارتی داخلی. حل عددی حاضر، بررسی عملکرد چهار سیکل تحت مطالعه در شرایط کارکرد مختلف را در دو مطالعه جداگانه انجام داده است. مطالعه اول شامل بار گرمایشی مشخص و مطالعه دوم شامل طول حلقه تبخیرکننده ثابت می باشد. با استفاده از این شبیه سازی، مشخصه هایی نظیر ضریب عملکرد، طول موردنیاز حلقه مبدل زمینی و ظرفیت حرارتی سیکل های تحت مطالعه مورد ارزیابی قرار گرفته است. جهت پیش بینی عملکرد چهار سیکل تحت مطالعه، مطالعه ای بر تاثیر کمیت های مختلف انجام شده است. این کمیت ها شامل اختلاف دمای زمین با دمای خروجی تبخیرکننده، دما و دبی جرمی آب ورودی به خنک کننده گاز، طول خنک کننده گاز هستند. نتایج نشان می دهد که سیکل های شامل منبسط کننده همواره ضریب عملکرد بالاتری نسبت به سیکل های شامل شیر انبساط دارند. استفاده از مبدل حرارتی داخلی در سیکل شامل شیر انبساط همواره منجر به افزایش کمی در ضریب عملکرد می گردد. علاوه بر این بکارگیری مبدل حرارتی داخلی در سیکل شامل منبسط کننده اثر ناچیزی بر ضریب عملکرد دارد اما طول حلقه مبدل زمینی را کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: پمپ حرارتی زمین گرمایی، انبساط مستقیم، دی اکسید کربن، منبسط کننده، مبدل حرارتی داخلی
  • میلاد صادق یزدی، محمد بخشی جویباری*، حمید گرجی، محسن شاکری، مازیار خادمی صفحات 311-322
    هیدروفرمینگ یک روش مناسب در به کارگیری سیال برای تولید قطعات با نسبت استحکام به وزن بالا محسوب می گردد. فرآیند کشش عمیق هیدرودینامیکی به کمک فشار شعاعی و با جریان رو به داخل سیال یکی از انواع هیدروفرمینگ محسوب می شود. در این روش، فشار جانبی و فشار محفظه، دو پارامتر کلیدی هستند که مقدار آن ها در هر لحظه نقش مهمی در کیفیت قطعه نهایی ایفا می کند. در این پژوهش، به کمک یک روش ترکیبی، مسیرهای فشار محفظه و فشار جانبی در فرآیند کشش عمیق هیدرومکانیکی با فشار شعاعی و با جریان رو به داخل سیال بهینه سازی شده است. در این روش، یک شبیه سازی تطبیقی که با الگوریتم کنترل فازی یک پارچه شده است، به همراه الگوریتم زنبور عسل مصنوعی برای تعیین مسیرهای بهینه استفاده شده است. دست یابی به قطعه ای با حداقل نازک شدگی در سراسر آن و بدون چروکیدگی، به عنوان هدف بهینه سازی مشخص شده است. برای صحت سنجی مسیر فشارهای بهینه به دست آمده از الگوریتم بهینه یابی استفاده شده در این پژوهش، از آزمایش های تجربی استفاده شده است. نتایج نشان داده است که استفاده از مسیر فشارهای بهینه محفظه و جانبی، منجر به دست یابی به قطعه ای با حداکثر نازک شدگی کمتر در سراسر قطعه شکل داده شده و بدون چروکیدگی می گردد.
    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ، بهینه یابی، سیستم فازی، الگوریتم زنبور عسل مصنوعی، شبیه سازی تطبیقی
  • محمد صادق دالوند، غلامحسین پوریوسفی، مسعود ابراهیمی کچویی* صفحات 323-332
    محرک های پلاسمایی DBD، یکی از ابزارهای نوین کنترل فعال جریان هستند که در دهه ی گذشته توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده اند. عملکرد این محرک زمانی بهینه است که بیشترین سرعت ممکن را به ازای واحد توان مصرفی، القا کند. از آنجا که سرعت جریان القایی و همچنین توان مصرفی تابع متغیرهای گوناگونی هستند، یافتن ترکیبی که منجر به بهترین عملکرد محرک می شود، از اهمیت بسزایی برخوردار است. در این پژوهش به منظور بهینه‏سازی عملکرد محرک های پلاسمایی DBD، ابتدا با استفاده از روش طراحی آزمایش رویکرد عاملی کامل، اثر متغیرهای الکتریکی (ولتاژ و فرکانس حامل) و متغیرهای هندسی (فاصله ی بین الکترودها، ضخامت دی الکتریک و پهنای الکترود پوشیده) بر سرعت جریان القایی و توان الکتریکی مصرفی در حالت تحریک پایا به طور جامع مورد بررسی تجربی قرار گرفته است. در ادامه با استفاده از شبکه ی عصبی مصنوعی پرسپترون چندلایه، یک مدل برای نسبت سرعت جریان القایی به توان مصرفی ارائه شده و اعتبار این مدل به صورت آماری و تجربی صحه گذاری شده است. نتایج حاکی از ضریب تشخیص بالای 95 درصد برای داده های آموزش و داده های آزمایش است. در پایان، مدل جایگزین ایجاد شده با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه شده و مقدار بهینه ی متغیرهای الکتریکی و هندسی تعیین شده است. برای سنجش اعتبار جواب بدست آمده، محرکی بر مبنای متغیرهای بهینه ساخته شده و نسبت سرعت به توان مصرفی آن برابر (m/s)/(kW/m) 29.71 اندازه گیری شده است. اختلاف حدود 3 درصدی این مقدار با مقدار پیشبینی شده توسط مدل، بیانگر دقت بالای مدل و درستی روش ارائه شده است.
    کلیدواژگان: محرک پلاسمایی DBD، سرعت جریان القایی، توان الکتریکی مصرفی، شبکه ی عصبی مصنوعی، الگوریتم ژنتیک
  • امیر قاسم خانی، سعید فراهت*، محمد مهدی ناصریان صفحات 333-342
    یکی از مهم ترین دستاوردهای کارنو ایجاد یک محدودیت برای موتورهای حرارتی بوده است، این محدودیت، معیاری برای سنجش و مقایسه عملکرد موتورهای حرارتی است. ترمودینامیک کلاسیک به صورت جامع به فرایندهای برگشت پذیر و تعادلی می پردازد، اما اثرات پدیده های انتقال را نادیده می گیرد، درحالی که فرایندهای واقعی برگشت ناپذیر و دارای محدودیت های زمان و اندازه هستند، نکته دیگر این است که همه ی فرایندهای واقعی، برگشت ناپذیر هستند. از سوی دیگر ارتباط بسیار نزدیک ترمودینامیک، مکانیک سیالات و انتقال حرارت باعث شده است، ترمودینامیک از تحلیل تئوری به سمت تحلیل جامع و حقیقی حرکت کند. در این مطالعه به تحلیل سیکل ترکیبی برگشت ناپذیر در ترمودینامیک زمان محدود پرداخته شده است. سیکل ترکیبی مورد مطالعه از دو سیکل برگشت پذیر داخلی و سه منبع حرارتی تشکیل شده است. برگشت ناپذیری در مرزهای سیستم، بین زیرسیستم ها، منابع و چاه حرارتی اتفاق افتاده است. با حل معادلات جبری توان کل بی بعد و بازده بر حسب متغیرهای بی بعد بدست آمده است، برای حل معادلات جبری از کد نویسی نرم افزار متلب استفاده شده است. درنهایت بازده حرارتی و توان کل بی بعد به صورت تابعی از دمای منابع حرارتی، دمای سیال عامل و هدایت حرارتی بدست آمده است. همچنین اثرات هر یک از متغیرهای بی بعد تعریف شده نسبت به توان کل بی بعد و بازده مورد بررسی قرارگرفته است. در این پژوهش از مطالعه پارامتری به عنوان معیاری برای بهبود سیکل ترکیبی برگشت ناپذیر در ترمودینامیک زمان محدود استفاده شده است. علاوه بر این، نتایج بهینه سازی نشان داده است که بیشینه توان کل بی بعد و بازده حرارتی مرتبط به آن به ترتیب برابر با 0.086102 و %47.81 است.
    کلیدواژگان: سیکل ترکیبی برگشت ناپذیر، ترمودینامیک زمان محدود، معیار بیشینه توان
  • اکزم جهانبخشی، افشین احمدی ندوشن* صفحات 343-352
    در این مقاله انتقال حرارت جابجایی طبیعی در یک محفظه مربعی پر شده با سیال غیرنیوتنی مدل پاورلا برای حالت دائم و آرام با چشمه حرارتی مرکزی به صورت عددی بررسی شده است. دیواره ی بالایی محفظه عایق است. دیوارهای قائم نیز در دمای ثابت TC قرار دارند. دیواره پایینی محفظه در چهار قسمت مساوی دارای دما های TH و TC هستند. معادلات حاکم برای سیال غیرنیوتنی مدل پاورلا به روش تفاضل محدود بر مبنای حجم کنترل جبری شده و با استفاده از الگوریتم سیمپل به صورت همزمان حل شده اند. نتایج نشان می دهد که در اعداد رایلی کوچک عدد ناسلت تحت تاثیر تغییرات شاخص پاورلا قرار نمی گیرد اما در رایلیRa=106 تغییرات عملکرد حرارتی با تغییر شاخص پاورلا چشمگیر تر است. در تمام شاخص ها، با کوچک تر شدن عدد رایلی مرکز چرخش خطوط جریان نسبت به خط موازی محور y در مرکز محفظه، تقارن بیشتری دارد. همچنین با قدرت گرفتن جابجایی طبیعی در محفظه، ناسلت متوسط برای سیال غیرنیوتنی با افزایش شاخص پاورلا افزایش یافته و بهبود عملکرد حرارتی با افزایش رایلی در سیال غلیظ پاورلا (n˃1) چشمگیر تر است. نتایج همچنین نشان می دهد که عدد رایلی برای شروع جابجایی طبیعی در محفظه با افزایش شاخص پاورلا کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: جابجایی آزاد، سیال غیرنیوتنی، شبیه سازی عددی
  • میر عماد حسینی، سید جمال حسینی پور *، محمد بخشی جویباری صفحات 353-360
    شکل پذیری ورق های فلزی می تواند بوسیله دو عامل گلویی شدن موضعی و حفره زایی داخلی محدود شود. از یک طرف، جوانه زنی و رشد حفره هادر حین تغییر شکل پلاستیک، می تواند منجربه افزایش ناهمگنی ورق فلزی شده و روند گلویی شدن موضعی را سرعت بخشد. از طرف دیگر، گلویی شدن موضعی در فواصل بین حفره ها می تواند منجربه تسریع در بهم پیوست و انعقاد حفره های داخلی شود. در این شرایط باید تاثیر تنش هیدرواستاتیک و کسر حجمی حفره در تغییر شکل پلاستیک لحاظ گردد. در این مقاله یک مدل تحلیلی بر اساس مدل مارسینیاک- کوزینیسکی (M-K) و استفاده از تابع پتانسیل پلاستیک گارسون جهت اعمال اثر حفره های داخلی برروی گلویی شدن موضعی توسعه یافته است. روند افزایش کسر حجمی حفره در حین تغییر شکل پلاستیک با استفاده از مدل استوول در نظر گرفته شد. همچنین اثر حفره های داخلی در ناهمگنی هندسی و اصل ثبات حجم پلاستیک اعمال گردید. جهت حل دستگاه معادلات از روش حل ارتقا یافته نیوتون- رافسون به کمک نرم افزار متلب استفاده گردید. با استفاده از مدل حاصل (M-K-Gurson) نمودار حد شکل دهی (FLD) فولاد IF پیش بینی شده و با نتایج سایر پژوهشگران مقایسه گردید. نتایج حاصل نشان می دهد که مدل تحلیلی توسعه یافته، منحنی حد شکل دهی را بهتر و دقیق تر پیش بینی می نماید. سپس اثر توان کرنش- سختی، ضرایب ناهمسانگردی، ضریب ناهمگنی هندسی، کسر حجمی حفره و نرخ افزایش کسر حجمی حفره، بر روی منحنی حد شکل دهی مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: نمودار حد شکل دهی، مدل مارسینیاک- کوزینیسکی، تابع پتانسیل پلاستیک گارسون، ورق فولاد IF، مدل استوول
  • زهرا عزیزی، حشمت الله حقیقت * صفحات 361-370
    این مقاله به پیش بینی وقوع عیوب مرکزی در فرآیند اکستروژن کرنش صفحه ای با استفاده از روش کرانه بالایی می پردازد. به این منظور ماده تحت تغییر شکل به سه ناحیه تقسیم شده است. این نواحی با مرزهای برشی که با تابع های نمایی مدل شده اند، از یکدیگر جدا شده اند. سپس یک میدان سرعت مجاز شامل مولفه های شعاعی و محیطی برای هر ناحیه تغییرشکل توسعه داده شده است. مولفه های نرخ کرنش محاسبه و رابطه های ریاضی برای ترم های توان های داخلی، برشی و اصطکاکی به دست آمده اند. برای یک شرایط فرآیند داده شده، توان کل نسبت به شکل هندسی مرزهای برشی ورودی و خروجی بهینه سازی شده است. محل تقاطع مرزهای برشی ورودی و خروجی ناحیه تغییرشکل بر روی خط مرکزی، بیانگر وقوع یا عدم وقوع عیوب مرکزی می باشد. اثر پارامترهای فرآیند شامل نیم زاویه قالب، درصد کاهش ضخامت و ثابت اصطکاک بر ایجاد عیوب مرکزی همچنین تاثیر این پارامترها بر نیروی اکستروژن لازم، بررسی شده اند. نتایج تحلیل، با شبیه سازی اجزا محدود (نرم افزار دیفرم) و نتایج مقاله های منتشر شده مقایسه شده اند. نتایج نشان دادند با افزایش ثابت اصطکاک و افزایش میزان کاهش سطح مقطع، احتمال وقوع عیوب داخلی کاهش می یابند.
    کلیدواژگان: عیوب مرکزی، اکستروژن کرنش صفحه ای، تحلیل کرانه بالایی
  • حسین رشیدی زاد، محمد مراد شیخی *، غلامرضا اکبری زاده صفحات 371-379
    با پیشرفت و توسعه روش های اندازه گیری سه بعدی غیرتماسی در طول دو دهه اخیر، به موازات ارتقاء سرعت عملیات اسکن و دقت در اندازه گیری و رشد قابل توجه کاربرد آن در گستره وسیعی از زمینه ها (نظیر طراحی، مهندسی معکوس، بازرسی و کنترل کیفی، پزشکی، مستندسازی اشیاء، روباتیک و...) شاهد افزایش حجم اطلاعات بدست آمده (ابرنقاط) از دستگاه اسکنر سه بعدی بعنوان خروجی عملیات اسکن هستیم. و این مسئله موجب بروز محدودیت هایی در زمینه مدیریت داده، انتقال داده، ذخیره سازی داده و یا حتی توسعه روش های اسکن بلادرنگ میگردد. بدین وسیله ضرورت فشرده سازی و کم کردن حجم این مقدار داده با حفظ و یا حداقل میزان افت در دقت و کیفیت بعنوان یکی از موضوعات مطالعاتی مورد توجه در زمینه پردازش پسین عملیات اسکن بیش از پیش آشکار شده است. این مقاله با ارائه روشی نو و متمایز جهت فشرده سازی بدون اتلاف ابرنقاط بدست آمده از عملیات اسکن سه بعدی در قالب یک تصویر دو بعدی تک کاناله معمولی، مبتنی بر روش های فشرده سازی داده های سه بعدی براساس تصویر، ضمن طراحی و ساخت یک دستگاه اسکنر سه بعدی غیرتماسی با الگوی نورساختاریافته مبتنی بر تکنیک کدگری، کارایی روش مطرح شده را مورد ارزیابی عملی قرار داده است. نتایج بدست آمده حاکی از صحت و کاربردی بودن این ایده و دستیابی به نرخ فشرده سازی متمایز [230:1] در میان سایر روش های فشرده سازی غیراتلافی داده های سه بعدی میباشد.
    کلیدواژگان: فشرده سازی ابر نقاط، اسکنر سه بعدی، اندازه گیری نوری، کد گری، نور ساختاریافته
  • حمیدرضا دهقان پور*، سلمان نورآذر صفحات 380-384
    در میان هالیدهای آلکاییدی، پتاسیم کلراید، KCl، (با آلایش با ناخالصی های دو یا تک ظرفیتی) محتملا دارای بیشترین سهم پژوهشی است. در این مقاله رشد و مشخصه یابی خواص مکانیکی بلور KClبا آلایش نانوذرات الماس صورت گرفته است. با توجه به خواص یگانه نانوذرات الماس در بهبود ویژگی های مواد، استفاده از آنها در این کار مورد نظر قرار گرفته است. بلورها با روش چوکرالسکی رشد داده شده و با ناخالصی های 5ر0، 1 و 5ر1 درصد آلاییده شده اند. سطح مقطع های شکست بلورهای خالص و آلاییده شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفته اند به عنوان نتیجه، افزایش درصد آلایش نانوذرات الماس در بلور KCl منجر به افزایش ناهمواری سطحی و انحنای بیشتر خطوط بریدگی سطح مقطع شکست بلور می شود. این به معنای افزایش مقاومت مکانیکی بلور در مقابل تنش برشی با افایش میزان آلایش نانوذرات الماس در آن است. سختی بلورهای خالص و آلاییده شده با روش سختی سنجی ویکرز به دست آمدند. بررسی نظری سختی بلورهای آلاییده و خالص به صورت نطری صورت گرفت. آنالیز نتایج به دست آمده نشان دهنده افزایش مقاومت مکانیکی بلورها پس از آلایش یا نانوذرات الماس است.
    کلیدواژگان: کلرید پناسیم، نانوذرت الماس، مقاومت مکانیکی، مقطع شکست بلور، سختی
  • علی طالع زاده لاری، غلامحسین رحیمی* صفحات 385-396
    در مقاله حاضر کمانش محوری پوسته های استوانه ای کامپوزیتی کامل و دارای گشودگی مستطیلی بر پایه تئوری برشی مرتبه اول بررسی شده است. معادلات در حالت کلی به صورتی نوشته شده که قابل تبدیل به هر یک از تئوری های دانل، لاو و یا ساندرز هستند. برای مطالعه پوسته دارای گشودگی فضای حل مسئله به گونه ای المان بندی شده که شرایط مرزی و بارگذاری در لبه های هر المان یکنواخت باشد. برای هر المان، معادلات حاکم به کمک روش مربعات تفاضلی تعمیم یافته در راستای طولی و محیطی گسسته شده و با مونتاژ این معادلات یک دستگاه معادلات جبری تشکیل شده است. گسسته سازی شرایط مرزی در لبه های پوسته و لبه های گشودگی و شرایط سازگاری در مرز مشترک المان ها نیز به کمک همین روش انجام شده است. در نهایت، با استفاده از حل مقدار ویژه بار بحرانی پوسته محاسبه شده است. برای صحه گذاری روش ارائه شده، نتایج حاصل از آن با نتایج موجود در مقالات و نیز نتایج نرم افزار المان محدود آباکوس مقایسه شده است. پس از اطمینان از کارایی روش حاضر، از آن برای بررسی اثر پارامترهای مختلف در کمانش پوسته های کامل و دارای گشودگی استفاده شده است. این بررسی ها نشان می دهد که لایه چینی پوسته تاثیر بسزای بر بار کمانش پوسته های کامل و دارای گشودگی دارد. ضمن اینکه تاثیر افزایش اندازه گشودگی برای لایه چینی های مختلف یکسان نیست. اما، برای یک لایه چینی یکسان، رفتار پوسته ها در برابر تغییر اندازه گشودگی مستقل از جنس است. علاوه بر این نتایج نشان داد که پوسته دارای گشودگی مربعی بار بحرانی بیشتری نسبت به پوسته با گشودگی مستطیلی هم مساحت دارد.
    کلیدواژگان: کمانش، پوسته کامپوزیتی، گشودگی، تئوری تغییرشکل برشی مرتبه اول، روش مربعات تفاضلی تعمیم یافته
  • احسان باقری فهرجی، مهدی معرفت* صفحات 397-407
    در پمپ های حرارتی جریان متغیر مبرد تامین بار حرارتی مورد نیاز در شرایط محیطی متفاوت با تغییر دور کمپرسور و بازشدگی شیر انبساطی صورت می گیرد و سیستم علاوه بر حالت پایا حالات گذرا را نیز در بسیاری مواقع تجربه می کند. لذا مدل سازی دقیق پمپ حرارتی برای بررسی سیستم و ارائه استراتژی عملکرد آن ضروری می باشد. در مقاله حاضر مدل سازی دینامیکی پمپ حرارتی جریان متغیر انجام شده است. بدین منظور مبدل های حرارتی بصورت متغیر با زمان به روش مرز متحرک اصلاح شده و کمپرسور و شیر انبساطی بدلیل شرایط گذرای حرارتی بسیار سریعتر نسبت به مبدل ها، بصورت پایا مدل شده و در نرم افزار متلب کوپل شده اند. انجام صحت سنجی حاکی از دقت بالای مدل حاضر با خطای 5.3 درصد نسبت به مطالعات انجام شده تا کنون (خطای 10 درصد) می باشد. با بررسی تغییر دور کمپرسور و بازشدگی شیر انبساطی توسط مدل حاضر مشخص گردید که شرایط گذرا در زمان اعمال تغییر، بر روی پارامترهای عملکردی سیستم مانند بار حرارتی تولیدی و ضریب عملکرد تاثیر بسزایی داشته ( نسبت به حالت پایا) و میزان آن با توجه به نوع و مقدار تغییر متفاوت می باشد که در این پژوهش تا 15 درصد می باشد. این شرایط می بایست در استراتژی عملکرد سیستم لحاظ شود، در غیر این صورت بار حرارتی تولیدی واقعی سیستم و برآورد مدل متفاوت بوده و آسایش حرارتی بر پایه پیش بینی استراتژی عملکرد مختل می گردد. لذا نیاز به مدل دینامیکی به منظور لحاظ نمودن و مدل سازی شرایط پایا و گذرا با دقت مناسب می باشد و مدل مقاله حاضر این امر را میسر می سازد.
    کلیدواژگان: پمپ حرارتی، مدل دینامیکی، جریان متغیر مبرد
  • محمد مزیدی شرف آبادی*، منصور علیزاده، لیلا نورپور صفحات 408-418
    در این مطالعه، مساله انتقال حرارت معکوس تخمین شار حرارتی مجهول در مرز یک تیغه یک بعدی توسط الگوریتم ژنتیک و دو نسخه اصلاح شده از این الگوریتم حل شده است و نتایج به دست آمده از نسخه های متفاوت الگوریتم ژنتیک با یکدیگر مقایسه شده اند. دو نسخه اصلاح شده بر پایه رهیافت بازآرایی ژن ها توسعه داده شده اند. در این رهیافت یک تابع هزینه اضافی به الگوریتم ژنتیک متداول اضافه می شود تا بازده محاسباتی آن را افزایش دهد. نتایج به دست آمده با به کارگیری اندازه گیری های دمایی شبیه سازی شده بدون خطا نشان می دهند الگوریتم های ژنتیک اصلاح شده می توانند همگرایی و دقت حل معکوس را در مقایسه با الگوریتم ژنتیک متداول بهبود ببخشند و حتی با تعداد اندک نسل ها و اندازه جمعیت نه چندان زیاد تخمین های دقیقی را برای شار حرارتی مفروض ارائه دهند. نتایج نشان می دهند الگوریتم ژنتیک اصلاح شده (2) در همه پارامترهای سنجش حل ها، جواب های بهتری نسبت به الگوریتم ژنتیک متداول و دیگر نسخه اصلاح شده ارائه می دهد. همچنین، در این مطالعه تاثیر اضافه نمودن ترم منظم سازی تیخونف به تابع هدف بر روی پایداری حل بررسی می شود. هرچند در این مطالعه تنها یک مساله یک بعدی ساده برای تشریح رهیافت بازآرایی ژن ها حل شده است، اما انتظار می رود این رهیافت در حل معکوس مسائل چند بعدی پیچیده نیز موفق ظاهر شود.
    کلیدواژگان: هدایت حرارتی معکوس، شار حرارتی مجهول، الگوریتم ژنتیک، بازآرایی ژن ها
  • احسان حسینی، اصغر حبیب نژاد کورایم * صفحات 419-428
    عملکرد خمیره سیمان به عنوان ماده ی تقویت کننده دیواره ها و لوله انتقال در چاه های نفتی بسیار مهم و حائز اهمیت می باشد. خواص مکانیکی سیمان سخت شده که می تواند تحت تاثیر فشار و دمای بالای چاه تغییر کند، نقش بسزایی در پایداری و عمر مفید یک چاه نفتی دارد. در این مقاله با استفاده از روش دینامیک مولکولی و ایجاد شرایط محیط چاه های نفتی به بررسی خواص مکانیکی سیمان در ابعاد مولکولی پرداخته شده است. همچنین با افزودن گرافن اکساید به ماتریس سیمانی تاثیر تقویت کنندگی این نانوذره بر خمیره سیمان در شرایط چاه های نفتی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل شده در مقیاس نانو بیانگر کاهش خواص مکانیکی اصلی ترین ماده تشکیل دهنده سیمان یعنی کلسیم سیلیکات هیدراته در دمای بالای چاه های نفتی می باشد. افزایش فشار در محدوده متعارف فشار چاه های موجود تاثیر قابل توجهی را بر خواص کلسیم سیلیکات هیدراته نشان نمی دهد. همچنین اثر تقویت کنندگی گرافن اکساید در ماتریس کلسیم سیلیکات هیدراته در مقیاس نانو قابل توجه بوده و این نانوذره با خواص فوق العاده می تواند به عنوان یک تقویت کننده عملیاتی مناسب در ماتریس سیمانی مورد استفاده در چاه های نفتی پیشنهاد و در صورت بهبود خواص در مقیاس آزمایشگاهی و عملی بکار گرفته شود.
    کلیدواژگان: سیمان، کلسیم سیلیکات هیدراته، گرافن اکساید، خواص مکانیکی، دینامیک مولکولی
  • محمدرضا محاسب کریملو، رضا اسلامی فارسانی * صفحات 429-436
    امروزه کامپوزیت های لایه ای الیاف-فلز به واسطه دارا بودن خواص مکانیکی خوب و وزن کم، مورد توجه قرار گرفته اند. بکارگیری آلیاژ حافظه دار در کامپوزیت های الیاف-فلز موجب می شود که این آلیاژها بتوانند تحت بارگذاری سیکلی، از طریق ایجاد حلقه برگشت پذیر هیسترزیس، انرژی مکانیکی را جذب یا تلف کنند و باعث بهبود مقاومت در برابر ناپایداری های کمانشی کامپوزیت شوند. در این پژوهش، تاثیر افزایش پیش کرنش و همچنین اثر قرارگیری سیم آلیاژ حافظه دار در لایه های دور و نزدیک نسبت به تار خنثی الیاف-فلز، تحت کمانش استاتیکی، بررسی شد. کامپوزیت های الیاف-فلز شامل رزین اپوکسی و الیاف شیشه و آلیاژ آلومینیوم T3-2024 بودند. برای بررسی اثر پیش کرنش سیم های حافظه دار، پیش کرنش های 1، 2 و 3 درصد با تعداد ثابت 6 سیم در این کامپوزیت ها مورد آزمایش قرار گرفتند. همچنین به منظور بررسی محل قرارگیری سیم ها ، تعداد 4 سیم با پیش کرنش ثابت 3 درصد، در لایه های دور و نزدیک نسبت به تار خنثی، استفاده شد. نتایج نشان داد که افزایش پیش کرنش به دلیل ایجاد کشش بیشتر سیم های حافظه دار در حین ساخت نمونه ها و تمایل سیم ها برای بازگشت به شکل اولیه خود در حین آزمون، سازه را در برابر بار فشاری، مقاوم تر و پایدارتر می سازد. همچنین قرارگیری سیم ها در لایه های دور از تار خنثی نسبت به حالت نزدیک به تار خنثی، به دلیل تاثیر بیشتر مقاومت در برابر خمش ایجاد شده در حین کمانش و اثر خاصیت بازگشت پذیری بهتر سیم های حافظه دار، موجب افزایش مقاومت در برابر ناپایداری و حد تحمل بار بیشتر در کامپوزیت های الیاف-فلز شدند.
    کلیدواژگان: کامپوزیت لایه ای الیاف-فلز هوشمند، سیم آلیاژ حافظه دار، کمانش، پیش کرنش
  • وحید بهلوری، سمانه کویری، مرضیه تقی نژاد، محمد ندافی پور میبدی، سید سهیل سید زمانی * صفحات 437-446
    در این مقاله، مدل دینامیکی خطی یک چرخ عکس العملی نمونه با استفاده از داده های تجربی شناسایی شده است. بدین منظور اطلاعات ورودی- خروجی چرخ عکس العملی در بستر سخت افزار در حلقه که شامل چرخ عکس العملی، درگاه ارتباطی CAN، برد پردازشی و نرم افزار لب ویو بوده، بصورت برخط با نرخ یک مگا بیت بر ثانیه ارسال و دریافت شده است. مدل سازی با فرض جعبه سیاه بودن مجموعه چرخ عکس العملی و مدار کنترلی داخل آن، با در نظر گرفتن ملاحظات آزمون تجربی، انجام شده است. در این راستا ابتدا رفتار چرخ عکس العملی با اعمال ورودی های سرعت زاویه ای و شتاب زاویه ای بررسی شده، سپس سیگنال های ورودی PRBS و Chirp برای شناسایی مدل چرخ توسط بستر سخت افزاری تولید و به چرخ اعمال شده است. داده های اعمالی فرمان و بازخورد ذخیره و بعد از بازیابی جهت شناسایی مدل چرخ استفاده شده است. با توجه به رفتار موتور الکتریکی، مدل های دینامیکی خطی ARX و ARMAX برای شناسایی مدل چرخ، در نظر گرفته شده و شناسایی برای چند مرتبه مختلف از مدل برای پاسخ سرعت زاویه ای انجام شده است. همچنین مرتبه تاخیر مناسب برای سیستم حلقه بسته چرخ و کنترل کننده آن بررسی و استخراج شده است. نهایتا خروجی مدل پیشنهادی به ازای یک سیگنال آزمون جدید با خروجی واقعی چرخ مقایسه و مدل پیشنهاد شده بوسیله داده های ارزیابی صحت سنجی شده است. نتایج مدل ارائه شده عملکرد مناسب مدل پیشنهادی برای بیان رفتار چرخ عکس العملی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: چرخ عکس العملی، شناسایی سیستم، ماهواره، مدل دینامیکی، کنترل وضعیت
  • عبدالعظیم دهقانی، مصطفی جمشیدیان*، محمد سعید طلایی، محمد سیلانی صفحات 447-452
    پژوهش حاضر به بررسی انرژی سطح نانوصفحات فلزی به عنوان اساسی ترین مفهوم ترمودینامیکی نانوساختارها با استفاده از یکی از کارآمدترین ابزارهای محاسباتی موجود در حوزه علوم نانو یعنی شبیه سازی دینامیک مولکولی پرداخته است. هرگاه خواص فیزیکی و شیمیایی نانوساختارها مورد بحث قرار می گیرد، انرژی سطح یکی از پارامترهای کلیدی است. این پارامتر در مقیاس نانو از اهمیت زیادی برخوردار است، چراکه در این مقیاس نسبت سطح به حجم بسیار بزرگ بوده و در نتیجه خواص نانوساختارها به طور قابل توجهی متفاوت با مقیاس مهندسی است. در پژوهش حاضر، انرژی سطح نانوصفحات فلزی طلا و نقره با شبیه سازی های دینامیک مولکولی بررسی شده و وابستگی آن به اندازه نشان داده شده است. بدین منظور انرژی سطح نانوصفحات فلزی با ضخامت های مختلف محاسبه گردید و نشان داده شد که برای نانوصفحات فلزی بسیار نازک با ضخامت های به اندازه کافی کوچک در محدوده چند نانومتر، انرژی سطح به ضخامت نانوصفحه وابسته بوده و با کاهش ضخامت نانوصفحه، انرژی سطح کاهش می یابد. با بررسی چگالی انرژی آزاد اضافی ناشی از اثرات سطح در لایه های مختلف در نانوصفحات بسیار نازک مشخص شد که این وابستگی به اندازه ناشی از کاهش این انرژی اضافی در لایه های سطحی و افزایش آن در لایه های درونی است که در کل باعث کاهش انرژی سطح نانوصفحه می شود.
    کلیدواژگان: انرژی سطح، انرژی اضافی، نانوصفحات فلزی، دینامیک مولکولی
|
  • Vida Shams Esfand Abadi, Mostafa Rostami, Seyed Mohammad Ali Rahmati, Soroush Sadeghnejad * Pages 1-11
    The robot has to adapt its movement with the various condition of surfaces and ensuring the stability with the proper motion of its bust and legs in order to be able to move on different surfaces. A lot of basic parameters of the gait can be expressed by the planned seven-linked bipedal robot. One of the issues that have always attracted the attention of researchers, in this field, is to predict the motion path that guarantees the stability and minimizes the energy. In this study, parameter optimization being used which means that at the first, joint angles are defined as a parameter functions and then with respect to kinematics constraints that define maximum and minimum of joint angles, the problem of motion obtained in the way that maximizing stability of robot and minimizing energy and puts the robot in the permitted stable region. Also, we tried to have zero moment point scale used to calculate the stability of robot. Experimental tests in order to motion analysis for walking healthy were performed and the results were validated. Finally, due to the presented model and predicted path, the robot can move like a person. Comparison of experimental results and the result of presented model were used in each step to validate the accuracy of the proposed method.
    Keywords: Biped robot, Walking path prevision, ZMP, Single support phase, Optimization of Power Consumption
  • Mohammad Hosseinzadeh*, Arash Kazemian, Mohammad Sardarabadi, Mohammad Passandideh-Fard Pages 12-20
    In this study, the effects of using pure water, water/ethylene glycol mixture with 50:50 wt% and pure ethylene glycol as the working fluids on the energy and exergy efficiencies of a photovoltaic thermal (PVT) system are experimentally investigated. Moreover, the performance of the PVT systems are compared with a conventional photovoltaic (PV) system. The experiments are performed on a selected day in August at the Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran (Latitude: 36° and Longitude: 59°). The investigated parameters in this study are: the photovoltaic cells temperature; output electrical and thermal powers; electrical and thermal energy efficiencies; output electrical and thermal exergies; and electrical and thermal exergy efficiencies. Based on the results, the PVT system with water/ethylene glycol mixture increases the output electrical power by about 5.41 % compared to that of the PV system. Furthermore, the results indicate that using pure water in the PVT system enhances electrical and thermal energy efficiencies compared to those of pure ethylene glycol and water/ethylene glycol mixture, whereas the overall exergy efficiency of PVT systems with pure water and water/ethylene glycol mixture working fluids are approximately same.
    Keywords: Photovoltaic Thermal System, Water-Ethylene Glycol Mixture, Energy, Exergy Analysis
  • Amir Reza Shahani *, Zanyar Esmailpoor Hajilak Pages 21-30
    Compressor and their blades are one of the most important parts of gas turbines. Based on recent reports, failure of compressor’s blades was one of the major cause in malfunctioned t56 gas turbines. In this study, propagation rate of a crack within the compressor blade of a T56 jet engine has been investigated. To this end, centrifugal and aerodynamic forces acted upon the blade has been calculated and their corresponding stress field has been simulated in ANSYS software. Spots at the maximum risk of foreign object damage and corrosion had been located, and their bending and tension stresses had been calculated via employed simulation. Subsequently, an initial half elliptical crack has been created on all of previously located spots, and their stress intensity factor using Raju-Newman method has been determined. Finally, by using Paris law fatigue life and crack growth rate of each cracks has been extracted, individually. Results indicate a drastic decrease in fatigue life of blades when crack located close to the blade’s root. Furthermore, cracks located on the suction surface has remarkably shorter fatigue life than those which are located on pressure surface, in comparison.
    Keywords: Compressor blade, Half elliptical crack, Crack growth rate, Fatigue Life
  • Amir Hosein Taherian, Ehsan Barati * Pages 31-38
    Fatigue is one of the most important phenomena in the life determination of parts in various industries. The life determination of the part through the test procedures, due to the real loading (spectral loading) is very complicated. Thus, it is necessary to equalize the fatigue real cycle to test cycles applicable in the laboratory. In this paper, by using the available equations in equalization of fatigue cycles, some equations have been studied for the load spectrum. Then the deviation percentage of these equations has been investigated for two very applicable materials in aviation industries (Aluminum 7075-T6 and Steel 4130) by means of block loading spectrum. It has been observed that the errors is very large and not acceptable in some situations. After that, in order to decrease the errors, a new method has been proposed to determine the number of equivalent cycles in fatigue test, considering equalization of the real load and converting it to an applicable load in the laboratory. In this equalization process, constant amplitude loading was obtained for a sample loading block for each of the mentioned materials in such a way that the rate of fatigue damage to be equal to the real loading. Finally, some standard specimens have been tested by fatigue loading and has been observed that the new proposed procedure is capable to predict the fatigue life. The maximum error is equal to 5.5 per cent.
    Keywords: Equalization of a load spectrum_fatigue test_spectral loading_constant amplitude loading
  • Majid Pour Ghasem, Ahmad Naji Ghazvini, Hosein Gholparvar * Pages 39-46
    Hybrid joints (Metal–Composite) is being used more and more in aerospace industry due to their low weight and high strength. Dynamic study of this joint, owing to limitation of increase in screw’s preload in composite substructure, has certain importance. Effective factors on nonlinear behavior of the joint are low preload of the screw and high excitation force amplitude on the structure. Layer Element Model has been used to better the description of joint’s behavior in recent years. In this study effects of nonlinear behavior of joint on the structure has been investigated using 2D layer element theory in two divisions: increase of damping and decrease of stiffness which result in nonlinearity. Stiffness characteristics of the joint was modeled with normal stiffness and damping characteristics of the joint with structural damping in shear direction. Nonlinear frequency response function for two preload and two excitation force was extracted and nonlinear finite element model for stiffness and damping of the joint is suggested by High-order polynomial approximation in terms of response amplitude. Effects of increase of excitation force amplitude and decrease of screw’s preload on increase of nonlinearity was extracted by this finite element model. Results indicate that presented nonlinear finite element model corresponds closely to nonlinear vibration tests.
    Keywords: Nonlinear, Hybrid Joint, Thin Layer Element, Nonlinear Frequency Response
  • Mohammad Mehdi Kakaei, Hassan Salarieh* Pages 47-58
    In this study, design of a novel robust control method for three-link underactuated biped robot which can satisfy appropriate constrains on the robot and cause the stability and rhythmic movement of the robot, is presented. Due to the wide use of sensors and actuators in mechanisms and robots, and existence of noise and also uncertainty in the system components or other error stemming from unmolded dynamics in the system or unwanted disturbances acting on them, there is an essential need for employment of robust control methods. In order to apply locomotion’s constrains to the system, the feedback linearization method is used. Additionally this method is combined with the sliding mode method to obtain a robust control method. The other purpose of the study is the complete elimination of chattering phenomenon. To this end, the control method is combined with the backstepping method. Finally, the exponential stability of the method, which is called FLBS, is proved, and the stability of the obtained walking cycle is shown using the Poincare map. In the robot modeling procedure, the contact between the swing leg and the ground is considered to be rigid and instantaneous. The underactuated nature of the robot and the importance of the role of contact in stabilizing the robot movement are taken into account in this study. Finally, simulations based on this control method are performed which show the exponential stability of robot movement, elimination of chattering and robustness against either disturbances or uncertainties.
    Keywords: Robust control, Exponential Stability, Three-link biped robot, Underactuated robot, Rhythmic motions
  • Moein Taheri * Pages 59-69
    In order to accurately calculate the critical force and time of manipulation, the influence of different input parameters on output parameters should be analyzed. The EFAST statistically-based method is one of the accurate and fast methods of sensitivity analysis. Previous studies have been conducted regarding the effect of different parameters on critical force and time of two-dimensional manipulation, using various methods including graphical, differential and statistical methods. In this study, for the first time, with the use of EFAST sensitivity analysis method, the effect of six dimensional input parameters including length of cantilever, width of cantilever, thickness of cantilever, tip height, radius of nanoparticle and tip radius on eight output parameters including critical force and time of manipulation in four modes of sliding along X axis, sliding along Y axis, rolling along X axis and rolling along Y axis, is analyzed in three-dimensional manipulation. The final obtained results demonstrate that the parameter of “thickness of cantilever” is the most influential parameter on critical forces of manipulation, and the parameter of “tip height” is the most influential one on critical times.
    Keywords: Sensitivity analysis, 3D manipulation, Spherical nanoparticles, E-fast method
  • Haniyeh Bijari, Alireza Zolfaghari * Pages 70-76
    In the present study, a new thermal comfort model based on cutaneous thermoreceptors has been developed by using non-Fourier heat transfer in biological tissue. The new model considers the concept of finite propagation speed of thermal disturbance by using non-Fourier equations. Since biological tissues consist of complicated and nonhomogeneous structure, the heat process is different from other materials. The dual phase lag (DPL) bioheat transfer model describes two time relaxations is a case of non-Fourier heat transfer application in biological tissue. In this study, the mentioned model has been utilized to evaluate the temperature distribution at the depth of skin thermoreceptors. The new thermal comfort model has been verified by comparisons with experimental data where a good agreement has found. As thermal response of the human cutaneous thermoreceptors depends on temperature and its change rate at the depth of thermoreceptors; therefore, it is very important to estimate these parameters with a good accuracy. In this paper, the previous models improved and effect of non-Fourier heat transfer on temperature derivative is investigated. It is found that the DPL model has a significant effect on change rate of temperature and thermal response of cutaneous thermoreceptors.
    Keywords: Thermal comfort model, cutaneous thermoreceptors, non-Fourier heat transfer
  • Payam Fadaei, Hamid Niazmand * Pages 77-88
    In situations involving large zeta potential, the classical Poisson-Boltzmann theory of electrolytes breaks down and a modified Poisson-Boltzmann equation which takes into account the finite size of the ions must be utilized. In addition, most biofluids cannot be treated as Newtonian, therefore, simultaneous effects of finite size of the ions and non-Newtonian behavior of the fluid in combined electroosmotic and pressure driven flows have been examined in the present study. The Governing equations are solved by a finite-difference-based numerical procedure in a rectangular microchannel. The ion size is introduced into the modified Poisson-Boltzmann equation by the steric factor, which allows considering the ions as point charges or finite sizes. Considering the ionic finite size, generally enhances the velocity of the shear-thickening fluid, while reduces the velocity of shear-thinning fluid. The Cross sectional aspect ratio is also considered and it was found that the adverse pressure gradient greatly affects the velocity profile, when aspect ratio increases, while velocity profile is less sensitive to aspect ratio variations in favorable pressure gradients. Furthermore, friction coefficient of both shear thinning and thickening fluids increases with the increase in zeta potential for point charge model, which for finite size charges decreases. Cross sectional averaged velocity reduces under steric effects for shear thinning fluids at large zeta potentials, while it is slightly influenced by shear thickening fluids.
    Keywords: Steric effects, Power-law fluids, Zeta potential, Electroosmotic flow
  • Majdeddin Najafi *, Shahaboddin Rahmanian, Behzad Shirani Pages 89-96
    The design of a robust controller for the automatic landing system is investigated for an unmanned fixed-wing aircraft based on an external navigation system. Since landing is the most difficult phase of flight, the major accidents are occurring in the phase. So, providing a high-precision automatic landing system in presence of environmental disturbances is very important for UAVs landing. The used landing navigation system is founded on a portable land-based laser-optics system which can track the UAV and calculate the altitude and direction of it toward the center of runway. However, the navigation system is external; sending them to the UAV can be done with a delay. In this regard, UAV’s control systems must be designed such that the stability of aircraft is satisfied based on information of navigation system with considering the model uncertainty, noises, disturbance and navigation delay. So in this paper, a new robust stabilizer controller is suggested for UAVs to overcome these challenges with considering some limitation in the structure of the controller. Finally, simulation results based on laboratory software in the loop been presented. The results are indicating the capability of using proposed method for automatically landing of UAVs.
    Keywords: Unmanned Aerial Vehicle, Auto-landing, H?-PID Robust Controller, Ground-Vision Based Navigation Systems
  • Hossein Shahi, Aghil Yousefi Koma *, Majid Mohammadi Moghadam Pages 97-108
    In this paper, a new design approach for an admittance control method is presented to deal with the environmental disturbances for user-in-charge exoskeletons. Since the challenge of maintaining the stability of the robot and the human is met by the user, environmental disturbances as a set of external forces should be considered. However, the proposed control methods have already ignored the issue and focused on presenting a desired dynamic relation between the interaction forces and the robot motion. This paper aims to find a control solution to maintain the desired behavior of the classical controllers in response to the interaction forces as well as to deal with disturbances properly. For this purpose, a control structure is developed by substituting an impedance control method for the low-level layer of an admittance controller. A simulation on an exoskeleton leg is conducted to evaluate the performance of the proposed controller in comparison with the classical control methods for user-in-charge exoskeletons. In contrast to conventional control methods, the results shows that the proposed controller can deal with both the interaction forces and the disturbances properly as the consequence of establishing different dynamic mappings for each of them.
    Keywords: Admittance Control, Impedance Control, User-in-charge Exoskeleton, Interaction Force, Environmental Disturbance
  • Sajjad Ahangar Zonouzi, Habibollah Safarzarzadeh, Habib Aminfar *, Mousa Mohammadpourfard Pages 109-117
    In this paper, ferrofluid flow in a closed cooling loop without any mechanical pump has been simulated. The flow of the ferrofluid in the closed loop is resulted from applying a non-uniform magnetic field and the thermo-magnetic effect of the ferrofluids. The ferrofluid consist water and different volume fractions of iron oxide nanoparticles with nanoparticle diameter of 13nm. The two phase mixture model and the control volume technique have been used in the present study. The applied non-uniform magnetic field is resulted from an electromagnetic solenoid and the steady and also the transient modeling of the flow in the cooling loop from start point (stagnant ferrofluid in loop) have been carried out. The obtained results show that by applying magnetic field and also by taking advantage of temperature dependent property of the magnetic susceptibility, a flow of ferrofluid is created in the loop and by increasing the heat input (heater power) in the loop, the flow rate in the loop is increased. Moreover, the results show that by having a cold source (for rejection of produced heat) with higher constant temperature, the flow rate in the loop increases. Furthermore, the flow rate in the cooling loop is increased as the volume fraction of the nanoparticles in the base fluid increases. The mentioned cooling loop can be used in the electronic cooling systems.
    Keywords: Nanofluid, Magnetic Field, Thermomagnetic Effect, Cooling Loop
  • Shahab Eldin Hamrahi, Koorosh Goudarzi *, Mahmood Yaghoubi, Mehrorang Ghaedi Pages 118-124
    The goal of this research is to design and build a solar adsorption chiller operated by activated carbon / methanol. Continuous refrigeration systems are able to produce cooling continuously. This paper examines the effect of activated carbon particles on the performance of a continuous adsorption chiller device. The source of this chiller is through sunlight and supplied by a parabolic collector that does not need to track sunlight. The system operates with two adsorbent beds that, when one is adsorbed, the other is desorbed. The experiments were carried out in Yasuj during three different days in the month of Bahman for three hot water input to the chiller 38℃, 34℃ and 30℃. The average ambient temperature during the experiment is 18℃. Experimental results shows that for the total energy input, 13MJm-2, the average performance factor of the chiller is when the inlet temperature of the hot water of the chiller is 38℃, 34℃ and 30℃, respectively, of 0.123, 0.103 and 0.10. For Previous temperatures the average specific cooling power of the device was obtained at 88Wkg-1, 65Wkg-1 and 50Wkg-1 respectively.
    Keywords: Physical adsorption, solar collector, active carbon, performance factor
  • Haniye Asgari, Erfan Ta, Amp, Rsquo, Atizadeh, Mostafa Sefidgr *, Madjid Soltani Pages 125-132
    Today by usage of the simulation of normal tissue and the process of material diffusion in body, the place of tumor can be predicted. By considering the tumor tissue, its growth can be evaluated. The fluid flow in the capillary, its effects on the adjacent tissue and the diffusion of molecules from capillary wall are considered in these kinds of simulation. Cancer cells due to the high rate of dividing cells, have a low level of oxygen. This lack of oxygen is called Hypoxia, so by using of different invasive and noninvasive manners, the amount of oxygen is measured in the body. The PET device indicates the oxygen distribution by use of special tracers in the several parts of body. In this essay by considering a real capillary network, the blood flow had been simulated, then by taking to the account of its effects on the tissue, oxygen pressure and the concentration of tracer had been simulated at the same time. At the end, the concentration of free and bind tracer is shown and its changes by the time is analyzed.
    Keywords: Tumor, Hypoxy, PET, Oxygen pressure, FMISO
  • Babak Kamkari *, Mohammad Vahabi Pages 133-143
    This paper presents an experimental and numerical investigation of phase change material melting in a rectangular enclosure. The aim of this research is the study of the effect of the tilt angle of the enclosure on the flow structures and the melting rate. In the experimental section, the visualization of the melting process is carried out by the photography of the phase change material through a transparent enclosure. Then, the image processing of the photographs is performed to calculate the instantaneous liquid fractions. The variation of the solid-liquid interface by tilting the enclosure clearly implies the evolution of the flow structures in the liquid phase. Numerical simulation is performed using the enthalpy-porosity approach for tilt angles of 90, 45 and 0o and wall temperatures of 55, 60 and 70 oC. The results show that by decreasing the tilt angle from 90o to 45o and 0o, the melting times are 52% and 37% less than that of the vertical enclosure. Melting time reduction in the inclined enclosure is due to the formation of the vertical flow structures and thermal plums in the liquid phase. By Increasing the Stefan number from 0.36 to 0.43 and 0.55 the thermal energy storage increase by 5.4% and 13.8%, respectively. Also, a correlation is developed to predict the thermal energy storage in the tilt enclosures using nonlinear regression.
    Keywords: Phase change material, Natural Convection, Latent heat thermal storage, Melting process
  • Mehdi Zohoor *, Seyed Meysam Mousavi Pages 144-150
    Forming limit diagrams (FLDs) are useful tools for prediction of the instability of sheet in metal forming. The goal of this study is to evaluate the formability of 260 brass alloy sheets under various strain rates (particularly at high strain rate). Three types of experimental procedure were developed: Nakazima test (for determination of the FLD at quasi-static condition), hydrodynamic forming (for determination of the FLD at intermediate strain rate) and Electrohydraulic forming (for determination of high strain rate FLD). Electrohydraulic forming (EHF) is a high velocity sheet metal forming process in which two or more electrodes are positioned in a water filled chamber and a high-voltage discharge between the electrodes generates a high pressure to form the sheet. Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) formulations coupled with fluid–structure interaction (FSI) algorithms (that are available in the advanced finite element code LS-DYNA) were used to the numerical simulation of process and design of sheet metal specimen geometries. It was found that the forming limits of brass 260 in EHF increased more than 11% relative to the quasi-static. In addition, the formability of this material under the hydrodynamic loading is 4% higher than quasi-static values.
    Keywords: Forming limit diagram (FLD), High strain rate, Electrohydraulic process, Numerical Simulation
  • Amir Tohidi * Pages 151-160
    In this study, the effect of chaotic advection on laminar mixing is analyzed experimentally and numerically. Mixer includes two circular rotors and a circular stator in the way that rotational speed of each rotor could be controlled by time. This kind of mixer is widely used in the food and pharmaceutical industry. The performance of the mixer was investigated experimentally with dye injection and image recording. Moreover, the effect of chaotic flow on mixing numerically is studied qualitatively and quantitatively with Lagrangian fluid particle tracing, calculating the stretching rate of fluid elements and Poincare sections. The experimental results indicate that as a result of applying sinusoidal perturbation on rotational velocity of rotors, weak mixing zones will disappear with the passage of time, and fluid particles will be distributed uniformly in the surface of the mixer. Numerical simulation shows that the mixer flow is sensitive to initial condition when rotational velocity of rotors is variable, and this is one of important factors in chaotic flow. Further, calculation of stretching rate of fluid elements indicates that average exponential value of fluid elements stretching in the chaotic flow is two times more than non-chaotic one. This research, based on scientific concepts and theoretical application of chaos in fluid mechanics, denotes that the efficiency of low-speed mixers in highly viscous fluid mixing is increased without any increase in the consuming energy.
    Keywords: Chaotic mixer, mixing, highly viscous fluid, laminar flow
  • Alireza Basohbat Novinzadeh *, Mohsen Heydari, Mohammadreza Yaseri Pages 161-171
    In this article, the nonlinear controller design of a hypothetical air vehicle using model-free adaptive control method is presented. The progress of industries in the last decade leads devices and processes to be more complicated and larger. For that reason one of the main problems of industries is modeling of these devices and processes that most of the industries are using PID controller because of simplicity, no need to any design and low computation. One of the solutions of problems caused by modeling is using data-driven control methods that control systems only with online data of the system is model-free adaptive control. This method has unique features that make it preferable from other data-driven methods like, no need to system identification, online estimation of parameters and condition of the system, simple and adaptive structure, low computation than other online methods and independency from the structure and dynamics of the system. In this article, simulate three forms of this method applied to pitch channel of a hypothetical air vehicle have implement and compared with PID controller. Comparison of The stability of this controller and PID applied with input noise and uncertainties to the system has done and finally for industrialization , system with first order actuator is considered. The obtained results demonstrate that the full form of model-free adaptive control has so much better response than PID.
    Keywords: PID, Data driven Control, Model-Free Adaptive Control, pitch channel, stability
  • Hakime Barghi Zanjani, Ahmad Kalhor *, Mahdi Fakoor Pages 172-180
    In hovering, the deputy satellite must use fuel regularly to maintain a constant distance from a source point. Since the amount of fuel in satellites is a key element, it has also a great value to optimize its consumption. The system speed and the time of reaching stability are also other important elements that have been studied in this study. For this purpose, three useful controllers are used. These controllers are LQR controller, Pole Placement and sliding mode controller. In the following, these controllers were optimized using particle swarm optimization algorithm in order to compromise the amount of fuel consumption and the time of reaching stability. Comparing the final results shows that the sliding mode controller can be the best option for optimizing hovering system.
    Keywords: Pole placement controller, Sliding mode controller, LQR, On orbit servicing, relative distance control
  • Sajjad Nikoei, Behrooz Hassani * Pages 181-191
    This paper presents an isogeometric analysis approach for static and free vibration analysis of laminated composite plates covered with piezoelectric layers using the Reissner-Mindlin theory. Isogeometric analysis (IGA) aims at simplifying the Computer Aided Design (CAD) and Computer Aided Engineering (CAE) by using the functions describe the geometry (CAD) and the unknown fields (Analysis). The isogeometric approach has here been employed that utilizes the Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) of quadratic, cubic and quartic orders to approximate the variables defining geometry as well as the unknown functions. Using the Reissner-Mindlin first order shear deformation theory requires the C0-continuity of generalized displacements and the NURBS basis functions are well suited for this purpose. The electric potential is assumed to vary linearly through the thickness for each piezoelectric sublayer. To alleviate the shear locking problem, a stabilization technique is employed in the stiffness formulation. Since study of the performance and accuracy of IGA in solving laminated composite plates is one of the main objectives of this article. Several numerical examples are presented and compared with those available in the literature. The obtained results indicate desirable accuracy and efficiency of the proposed approach.
    Keywords: Isogeometric analysis, Plates, Composite, Piezoelectric
  • Seyedeh Maryam Mirfalah Nasiri, Ali Basti *, Ramin Hashemi, Abolfazl Darvizeh Pages 192-198
    In the new sheet metal forming process as incremental sheet forming and spinning forming, this is not perfectly true in Marciniak-Kuczyinski model to assume that sheet deformation occurs in the plane-stress state indispose there are normal compressive stress and through-thickness stress. In this type of forming processes, the obtained limit strains refer to improving the sheet forming. However, in researches the effects of through-thickness shear stresses, also known as out-of-plane shear, has been studied less. The generalized forming limit diagram is a great curve that includes all six components of the stress tensor. In this paper, the effect of normal comprehensive and through-thickness shear stresses on the limit strain AA6011 aluminum sheet using a modified M-K and the anisotropic Yield function, Hill 48 and by using numerical solutions of nonlinear equations, Newton-Raphson method. The first the forming limit diagram was drawn with the assumption that the through-thickness shear stresses and then the effects of normal comprehensive stress and through-thickness shear stress on the limit strains were proved and the generalized forming limit curves were obtained. The results show that forming limits can be increased significantly by both normal compressive stress and through-thickness shear stresses. Also, the effects of normal stress on increasing the formability of sheet compared with the effects of through-thickness shear stress is greater.
    Keywords: Generalized Forming Limit Diagram, Normal Stress, Through-Thickness Shear Stress, Modifed M-K model
  • Gholamreza Rashed *, Hamed Zilabi Pages 199-209
    In this paper, shape and size of the Crack Tip Plastic Zone (CTPZ) are investigated for orthotropic materials based on Tsai-Hill and Hoffman yield criteria under various loading conditions and plane stress state for an infinite and central-cracked plate. It is assumed that the size of CTPZ is negligible verses the crack length for all loading conditions. For instance, the CTPZ is determined for orthotropic Boron-Epoxy and isotropic steel and effect of the crack’s axis angle on the CTPZ is analyzed for different loading conditions. The loading conditions were selected to obtain the CTPZ for mode I, mode II and combination of mode I and II. Dimensionless area of the CTPZ concept is used to compare the results obtained from Tsai-Hill and Hoffman yield criteria. The results show that in the same loading conditions, the size of CTPZ of Boron-Epoxy on Tsai-Hill yield criterion was smaller than on Hoffman yield criterion and this disagreement is less than the 10% and 13% based on the dimensionless area and radius of the CTPZ respectively. In a specific loading condition, the dimensionless radius of the CTPZ of isotropic materials is unique; however, it depends on the mechanical characteristics in orthotropic materials.
    Keywords: Angle of the axial of crack, Crack tip plastic zone, Orthotropic materials, Plane stress, Mixed mode
  • Arsalan Babaei Robat *, Khalil Alipour, Bahram Tarvirdizadeh, Nafiseh Mohammadian Aftah Pages 210-218
    The tractor-trailer system is a wheeled mobile robot (WMR), including one wheeled unit named tractor that is equipped with actuators and one or some wheeled units named trailer that are connected to each other with a passive joint. As a special case, in this paper, the system locomotion is by tractor, and trailer is completely passive. In this paper, we develop the kinematic model of tractor-trailer; so the inputs of system are supposed to be tractor angular velocity and trailer linear velocity. Because of pure rolling condition between wheel and ground surface, we encounter a nonholonomic system. In this paper Model Predictive Control (MPC) is used in control designing of Tractor-Trailer for the first time and the goal is trajectory tracking of trailer position. First, the kinematic equations of tractor-trailer are developed. Then a feasible reference geometrical path is considered. After linearizing the system equations around reference path and using MPC that is an optimal control based method, a tracking controller is designed that minimizes a predefined cost function. Considering actuator saturation in system inputs, we solve a constrained optimization problem using numerical methods. The controller designed in this paper, will be compared against classic controller PID and its better performance is presented. Finally, the effectiveness and robustness of controller against disturbances and parameter uncertainties is proved using MATLAB results.
    Keywords: Tractor-Trailer, Nonholonomic, Model Predictive Control, Trajectory tracking, PID
  • Ali-Akbar Majidi, Sayyed Hashemi * Pages 219-228
    Fractography of drop weight tear test (DWTT) specimens has received great attention by researchers in recent years due to the complex fracture surface of this test specimen. In this research, macroscopic characteristics of fracture surface of spiral seam weld in API X65 pipeline steel are investigated for the first time using chevron-notched DWTT specimensTest specimens were machined from an actual steel pipe of API X65 grade with an outside diameter of 1219mm and wall thickness of 14.3mm. Then chevron notch of 5.1, 10 and 15mm depth was placed in the center of each specimen and test samples were fractured under dynamic loading of 7m/s. Fractography of the fracture surface of test specimen with 5.1mm notch depth (as typical of test samples) showed that cleavage flat fracture initiated from the notch root (where stress intensity factor was high). Cleavage fracture changed immediately to ductile shear fracture, deviated to one side of specimen and grew extensively in heat affected zone, and finally terminated in base metal. Delaminations were observed in shear fracture area almost parallel to crack growth direction. After that, shear lips and inverse fracture appeared in hammer impacted area. By calculating the percent shear area from standard formulations, it was found that test specimen had above 95% shear area, and ductile fracture was the dominant fracture mode implying the fitness of tested steel for application in high-pressure gas transportation pipelines.
    Keywords: Drop weight tear test, Gas Transportation pipeline steel, Spiral seam weld, API X65 steel, Shear fracture
  • Mohammad Reza Kazemi, Shahrokh Shams *, Ali Reza Torabi, Seyyed Mohammad Mansoori, Mohammad Reza Sepah Amiri Pages 229-238
    In this paper, by defining a novel analytical derivation method for a composite beam, using the suitable assumptions, the stiffness coefficients and torsional rigidity (shear modulus) for single-cell and multi-cell thin walled layer wise composite sections of a beam are calculated. The results are presented in the form of Maple and FORTRAN codes in order to calculate these parameters in a timely manner. These parameters are used for the preliminary structural analysis of the beam. The nonlinear Euler Bernoulli beam assumptions are used to derive the stress-strain and strain-curvature relations. Next, by using the potential energy and elastic curvature relation for elastic beams, the stiffness parameter is calculated. Then, the equivalent torsional rigidity is introduced for single and multi-cell thin walled layer wise composite sections, using the stiffness parameter. To verify the validity of the computations, the results are compared with the numerical results obtained from a finite element analysis. The results show that applying this method for the calculation of the torsional rigidity of single and multi-cell thin-walled composite sections is a viable method and is very useful in obtaining a suitable, initial analytical approximation in the preliminary design of engineering structures, particularly in that of composite structures utilized in aerial industries.
    Keywords: Equivalent shear modulus, Composite material, Stiffness coefficients, Single, multi-cell sections
  • Ehsan Hosseinzadeh, Sina Sodagar * Pages 239-246
    In this paper, evaluation of cylindrical targets embedded in an elastic matrix is studied using resonance scattering theory (RST). For this purpose, the finite element simulation of ultrasonic wave scattering from the embedded cylinders propagated in elastic matrix is used for resonance ultrasonic spectroscopy (RUS). To involve the frequency effects of measurement system, the modified short-pulse method of isolation and identification of resonances (MIIR) is employed to calculate the resonance modes and frequencies of the elastic target. To examine the validity of the proposed method the backscattered resonance spectrum for an embedded steel cylinder in an epoxy matrix is calculated and the numerical results are compared with the experimental and mathematical results. The FE-based resonance ultrasonic spectroscopy method is employed to investigate the behavior of far field backscattered resonance frequency spectrum for two embedded adjacent elastic cylinders. Using the proposed method to calculate the backscattered resonance spectrum from two embedded adjacent cylinders, it was shown that changing the center-to-center distance of adjacent cylindrical targets shifts the n=4 resonance frequency and changing the receiver position affect the n=3 and n=4 resonant mode frequencies.
    Keywords: Ultrasonic wave, embedded elastic cylinders, resonance ultrasonic spectroscopy
  • Hadi Taghizadeh, Tajbakhsh Navid Chakherlou* Pages 247-258
    Interference fit process, as a popular method, is used in aerospace and automotive industries. General investigation of interference fit has been conducted on plain hole extensively. Nevertheless, interference fitted holes are practically subjected to bolt clamping force which may have different fatigue behavior than the plain hole. The objective of the present study is to extend the present knowledge about the fatigue behavior of interference fitted holes by investigating the subsequent bolt clamping force effect based on the experimental and numerical results. In this paper, Al-alloy 7075-T6 is utilized for fatigue test specimens. In relation to fatigue tests, three dimensional finite element analyses were used to explain the experimental results. By using finite element method, the interference fit process; bolt clamping and subsequent remote cyclic loading were simulated. The fatigue critical stresses on bolt clamped interference fitted (BIF) samples were compared with the corresponding stresses for interference fitted samples. The pre-stress distribution due to interference fitted hole, and its redistribution after bolt clamping forec and its interaction with remote loading were estimated The fatigue test results demonstrate that bolt clamping force applied on the interference fit plays positive effect on fatigue behavior and prolongs the fatigue life. The biggest life improvement for bolt preloads of 3409 and 6818 N is 2.5 and 7 times compared to the only interference fitted specimens, respectively.
    Keywords: Interference Fit, Aerospace, Bolt clamping force, Finite Element, Fatigue Life
  • Mojtaba Zarei, Navid Kashi, Mehdi Tale Masouleh*, Ahmad Kalhor Pages 259-268
    This paper aims at proposing an algorithm for collision-free motion planning of two wheeled mobile robots. The proposed approach relies on discrete motion planning, convex optimization and receding horizon control (RHC) concepts. The proposed algorithm is employed for motion planning and control of a mobile robot in order to pass through an unknown environment both in simulation and practical implementation. In this regard, CVX package benefited from the Gurobi solver is employed to solve the optimization problem in the simulation. Moreover, in order to perform a collision-free motion planning, corresponding Robot Operating System (ROS) package with the intended mobile robot is employed to cooperate with the provided motion planner package. The provided package utilizes educational license of Gurobi optimizer solely to speed up solving proposed optimization problem and its built in branch and bound for Mixed Linear Integer Programming (MLIP). In order to keep the linear form of the constraints, a combination of the Velocity Obstacle (VO) in the first horizon and Bug method concept for the rest of the horizons is used. Obtained results show the reliability of this algorithm for safe collision avoidance. The reported results reveal this fact that by considering the maximum velocity of the E-puck, obtained computational time is less than 0.004 sec. in each stage which is fast enough for robot motion planning tasks.
    Keywords: Mobile robots motion planning, Convex optimization, Velocity obstacle, Receding horizon control, Collison avoidance
  • Abdalrahman Haghighi, Mohammad Rahim Hematiyan* Pages 269-276
    The method of fundamental solutions is a boundary-type mesh-free method, which is very suitable for problems with unknown or moving boundaries. In this paper, the method of fundamental solutions is employed for shape optimization in torsion problems. The objective of this work has been to find optimum corners radii of hollow cross-sections under torsion for minimizing the maximum stress. First, it is shown that for the optimum value of the corner radius, the maximum shearing stress on the outer boundary should be equal to the shearing stress at internal corner. Considering this fact, a suitable objective function is defined and then it is minimized using the Levenberg-Marquardt method, which is a gradient-based optimization method. The configuration of collocation and source points has a very important effect on the accuracy of the solution in the method of fundamental solutions. Here, a two-constraint method is used for proper configuration of source and collocation points. To verify the accuracy of the developed code for torsion analysis of hollow members using the method of fundamental solutions, an example with a hollow elliptical domain is presented. The obtained numerical results are compared with the results of exact solution, which show a very good agreement. The optimum values of corners radii for members with square, rectangle and trapezoid cross-sections and different thicknesses have been successfully found. Then, using the obtained results, a formula for the optimum value of the radius of internal corners of hollow rectangle cross sections is constructed.
    Keywords: Method of fundamental solutions, Torsion, Hollow member, Two-constraint method, Levenberg-Marquardt method
  • Arezoo Cadkhodajafarian *, Ali Analooee, Shahram Azadi, Reza Kazemi Pages 277-288
    This paper focused on the vehicle path planning in the highways and complex urban environments. At first, obstacles and road lines have been detected by sensors of the intelligent vehicle, thereupon the vehicle will be find the safe areas using the time distance method developed in this paper. Then, an appropriate path close to the intelligent decisions about human being would be chosen through the developed algorithm. There is the possibility of collision to surrounding vehicles in the areas where changing the lane is needed. Therefore, to prevent collision, a five orders polynomial curve is offered for each lane change maneuver. The reached maneuver is optimized based on the vehicle dynamic and allowed lateral acceleration. Finally, a suitable path to pass quite safely and without any collision through the obstacles is suggested. At the end, two main and different simulation scenarios included the lack of collision is verified by MATLAB software and the obtained path is controlled by the sliding mode controller. These simulations indicated effectiveness of this method. The lateral acceleration is obtained in allowed range for comfort of occupants in these scenarios.
    Keywords: Path planning, Collision avoidance, Sliding mode controller, Automatic lane change, Urban environments
  • Mohammadreza Dehghani Tafti, Majid Mohammadi Moghaddam *, Pourya Torabi Pages 289-299
    Recently, robotic systems are widely used in surgery, due to their characteristics such as having high precision, being tireless and making no mistakes. They are especially suitable for operation on hard tissue, as the bone is stationary and does not change shape and therefore preoperative planning of the system is much more straightforward. Nevertheless, proposed robotic systems for surgery on skull bone are still in the research stage. In this study, by considering the requirements of craniotomy surgery, a Remote Center of Motion spherical mechanism is used in design and prototyping of a surgical system. The kinematic equations and Jacobian of the mechanism are calculated analytically and later verified through software simulation. Detailed design and force analysis helped selection and use of appropriate AC servo motors for actuation. An aluminum prototype is fabricated out of CNC machined parts. Performance of different connection methods between PC and the robot were tested and a combination of them is proposed for higher reliability and speed. Finally, a software library is generated in LabVIEW environment to simplify the connection with servo motors and utilization and control of the robotic system.
    Keywords: Robotic Surgery, Kinematic Analysis, Hardware in the Loop, Craniotomy
  • Hossein Ghazizade-Ahsaee, Mehran Ameri * Pages 300-310
    In this paper, the effect of expander and the internal heat exchanger is investigated in transcritical carbon dioxide direct-expansion geothermal heat pump. In this regard, a comparison is performed between four cycles. The four cycles are: (1) the cycle with expansion valve, (2) the cycle with expander, (3) the cycle with expansion valve and internal heat exchanger, (4) the cycle with expander and internal heat exchanger. The present numerical model has been investigated performance analysis of the four cycles under study in different operating conditions in two district cases. The first study includes a specific heating load, and the second study is a constant evaporator loop length (ELL). Then model evaluates characteristics including coefficient of performance (COP), evaporator loop length and heating capacity of the four cycles under study. To examine the performance of the four cycles, a parametric study is performed to investigate the effect of different parameters such as difference between soil temperature and evaporator outlet temperature, water inlet temperature, water mass flow rate, gas cooler length. The results indicate that COP associated with the expander cycle is always higher than the values related to the expansion valve cycle. The use of internal heat exchanger in a cycle including an expansion valve always leads to a slight increase in COP. An internal heat exchanger has negligible effect on COP in the cycle with an expander but reduces the evaporator loop length.
    Keywords: Geothermal Heat Pump, Direct Expansion, Carbon Dioxide, Expander, Internal Heat Exchanger
  • Milad Sadegh Yazdi, Mohammad Bakhshi *, Hamid Gorji, Mohsen Shakeri, Maziar Khademi Pages 311-322
    Hydroforming is a convenient method for applying fluid to produce parts with high strength to weight ratio. Hydrodynamic deep drawing assisted by radial pressure with inward flowing liquid process is considered as a type of hydroforming. In this method, radial and cavity pressures are two most important parameters, the values of which at any moment play an important role on the quality of final part. In this study, based on a hybrid method, the cavity and radial pressure paths in hydrodynamic deep drawing assisted by radial pressure with inward flowing liquid process are optimized. In this method, an adaptive simulation that is integrated with the fuzzy control system with the ABC algorithm is used to determine the optimized radial and cavity pressure paths. The achievement of a cup with least thinning and without wrinkling has been defined as the optimization goal. The validity of radial and cavity pressure paths obtained from optimization algorithm is verified through an experiment. Results showed that utilization of the optimized loading path yields the part with lower maximum thinning and without wrinkling.
    Keywords: Hydroforming, Optimization, Fuzzy control system, ABC algorithm, Adaptive simulation
  • Mohammad Sadegh Dalvand, Gholamhosein Pouryoussefi, Masoud Ebrahimi * Pages 323-332
    Dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuators are one of the new devices for active flow control, which has received substantial attention during the last decade. The performance of the actuator is optimum when it induces the highest velocity per unit of power consumption. Since the induced velocity and the power consumption of the actuator depend on many different variables, finding the optimal set, which results in the best performance, is of immense importance. In this paper, in order to optimize the performance of these actuators, at first, by using full factorial design of experiments the effect of electrical variables (including voltage and frequency) and geometrical variables (including the gap between electrodes, dielectric thickness, and covered electrode width) on induced flow velocity and power consumption in steady actuation is experimentally investigated. Then, by using the multi-layer perceptron neural network, a model is created for the ratio of induced velocity to power consumption. The model is validated both statistically and experimentally. The results indicate that the coefficient of determination for training and test data is higher than 95 percent. Finally, the surrogate model is optimized by genetic algorithm and the optimal value of electrical and geometrical variables is determined. In order to validate the result, an actuator is designed based on the optimal set of variables and it’s ratio of velocity to power is measured to be 29.71 (m/s)/(kW/m). The difference of 3 percent between the measured and the predicted value demonstrates high accuracy and correctness of the proposed model and method.
    Keywords: DBD Plasma Actuator, Induced Flow Velocity, Electric Power Consumption, Artificial Neural Network, Genetic Algorithm
  • Amir Ghasemkhani, Said Farahat *, Mohammad Mahdi Naserian Pages 333-342
    One of the most important achievements of the Carnot was creating a limit for heat engines; this limitation is a criterion for measuring and comparing the performance of heat engines. Classical thermodynamics studies completely the equilibrium and reversible processes but transfer phenomena effects have been ignored, while in the real irreversible process, there are finite time processes and finite size systems. On the other hand, the close relationship between thermodynamics, fluid mechanic and heat transfer has caused thermodynamics to move from theoretical analysis toward a comprehensive and real analysis. Another point is that all the practical processes are irreversible. This study analyzed the irreversible combined cycle in finite time thermodynamics. The combined cycle studied consists two endoreversible cycles and three thermal sources. The irreversibility has occurred between the subsystems and the thermal sources and sink on the system boundaries. By solving algebraic equations, obtained dimensionless total power and efficiency were calculated based on dimensionless variables. The MATLAB programming code is used to solve algebraic equations. Finally, it is obtained that the thermal efficiency and dimensionless total power functions of the heat sources temperature, working fluid temperature and thermal conductance. Also, the effects of each dimensionless variable were investigated to the proportion of dimensionless total power and efficiency. In this study, the parameter study has been used for improving the irreversible combined cycle in the finite time thermodynamics. In addition, Optimization results have shown that the maximum dimensionless total power and thermal efficiency associated with it are 0.086102 and 47.81%, respectively.
    Keywords: combined cycle irreversible, finite time thermodynamics, the criteria of maximum power
  • Akram Jahanbakhshi, Afshin Ahmadi Nadooshan* Pages 343-352
    In this paper, natural convection heat transfer is numerically investigated in a square enclosure filled with power law non-Newtonian fluid model and central heat source for steady and quiet state. The top wall of the enclosure is thermally insulated and the vertical walls are at constant temperature of TC. The down wall of the enclosure also has four equal parts at constant temperature of TC and TH. The governing equations for the power-law fluid flow are solved with the numerical finite difference method based on the control volume formulation and SIMPLE algorithm. The results show that for small Rayleigh numbers the Nusselt number will not be affected by changes of the power law index but in Ra=106, thermal performance changes are more significant with the change in power law index. With a smaller the Rayleigh number in all indexs, the center of flow lines rotation, regarding to the axis parallel to axis Y, in the middle of the enclosure, will be more symmetrical. Also with stronger natural convection in the square enclosure, the average of Nusselt number for non-Newtonian fluid increase with increased power law index and improved thermal performance by increasing the Rayleigh number is impressive for the density power law fluid (n˃1). Results also show that the Rayleigh number for the start of natural convection in the square enclosure is reduced by increasing the power law index.
    Keywords: Natural Convection, Non-Newtonian fluid, Numerical Simulationn
  • Mir Emad Hosseini, Seyed Jamal Hosseinipour *, Mohammad Bakhshi Jooybari Pages 353-360
    The sheet metals formability can be restricted by localized necking and internal cavitation. On the one hand, nucleation and growth of cavities during plastic deformation can increase the inhomogeneity of sheet metal and accelerate the localized necking. On the other hand, localized necking at the intervals between the cavities can lead to accelerate the joining and coalescence of the internal cavities. In this paper an analytical model based on Marciniak-Kuczynski (M-K) model and Gurson plastic potential function in order to exert the internal voids effect on localization necking has been developed. Stowell’s model was used to illustrate void growth behavior during plastic deformation. In order to examine the effect of the voids on localized necking, the void volume fraction was considered in the imperfection factor and the plastic volume constancy principle. The nonlinear system of equations was solved with the modified Newton-Raphson method using MATLAB software. This new analytical method (M-K-Gurson) was used to predict the forming limit diagram (FLD) of IF steel alloy sheets and the results were compared with those of other researchers. The results showed that the M-K-Gurson method predicted the FLD with better agreement comparing with experimental results. Thereafter, the effects of strain hardening exponent, anisotropy coefficients, geometrical imperfection factor, the void volume fraction and the void growth rate parameter on the FLD were investigated.
    Keywords: Forming Limit Diagram, Marciniak- Kuczynski Model, Gurson Plastic Potential Function, IF Steel Sheet Metal, Stowell Model
  • Zahra Azizi, Heshmatollah Haghighat* Pages 361-370
    This paper attempts to predict the occurrence of central bursting defects in the plane strain extrusion process using upper bound method. For this purpose, the material under deformation is divided into three deformation zones. These deformation zones are separated from each other by the shear boundaries as the exponential functions. Then, an admissible velocity field, including the radial and the angular velocity components are developed for each deformation zone. Strain rates components are determined and mathematical relationships for internal, shear and friction powers are obtained. For a given process conditions, the total power toward geometrical shape of shear boundaries entrance and existence is optimized. Intersection position of the entrance and existence shear boundaries of deformation zone on centerline represents the occurrence of central bursting defects. The effect of process parameters, including semi die angle, reduction in area and friction factor on the defects and the extrusion force are investigated. The analysis results with the FEM simulation (Deform software) and the results of the published papers are compared. The results showed that increase of friction factor and increase the reduction in area decreases the probability of central bursting defects.
    Keywords: Central bursting defects, Plane strain extrusion, Upper bound analysis
  • Hossein Rashidizad, Mohammad Morad Sheikhi *, Gholamreza Akbarizadeh Pages 371-379
    According to the development of non-contact three-dimensional measurement methods over the past two decades, along with the acceleration of scanning operations and the accuracy in measuring and significant development of their application in a wide range of fields (such as design, reverse engineering, quality control and inspection, medicine, documentation of objects, robotics, etc.), we have seen an increase in the amount of information obtained (points cloud) from the 3D scanner as the output of the scan operation. This raises restrictions on data management, data transfer, data storage, or even the development of real-time scanning methods. In this way, the need to compress and reduce the amount of data with the preservation of accuracy or minimum drop in accuracy and quality as one of the issues of interest in the post-processing of scanning operations has been revealed more than ever before. In this paper with presenting a new and distinct method for lossless compression on points cloud obtained from 3D scan operations in the form of an ordinary single-channel 2D image based on the image-based encoding techniques, we have evaluated the performance and effectiveness of the proposed method, while designing and constructing a non-contact 3D scanner with structured-light pattern based on the Gray code technique. The results show the accuracy and applicability of this method and the achievement of distinct compression rate [230:1] among other lossless compression methods of 3D data.
    Keywords: Point Cloud Compression, three dimensional scanner, optical measuring, gray code, structured light
  • Hamid Reza Dehghanpour *, Salman Nourazar Pages 380-384
    In this work growth and characterization of potassium chloride with nanodiamond is studied. Crystals were grown in Czochralski crystal growth method. KCl crystals are doped with 0.5, 1 and 1.5 percent nanodiamond (ND) impurities. Breaking cross sections of the pure and doped crystals were characterized by (scanning electron microscopy) SEM. As a result, increasing the doping percentage of the ND in the KCl crystal, leads to arising the surface roughness and nicks curvature on the fracture cross section of the crystal. It means that ND doping inside KCl crystal caused to increase mechanical hardness of the crystal and increasing the doping percentage results more mechanical resisting crystal. On the other hand, Vickers microhardness scale is used in this study. Hardness is too complex to be described by first principles. Based on the dielectric chemical bond theory, a semiempirical theoretical formulation of the hardness of pure and doped crystals is introduced. Analyzing of the results shows increasing of the nanodiamond doping leads to increasing of mechanical resistance of the samples.
    Keywords: KCl, Nanodiamond, Mechanical resistance, Fracture cross section, Hardness
  • Ali Talezadehlari, G. H. Rahimi * Pages 385-396
    In this paper, axial buckling of a composite cylindrical shell with and without a rectangular cutout is studied based on the first-order shear deformation theory. The equations are derived in a general form and can be converted to Donnell`s, Love`s, and Sanders` theories. To investigate the perforated shell, a physical domain is decomposed into several elements with uniform boundary and loading conditions in each element edges. In each element, the governing equations are discretized in both longitudinal and circumferential directions by the use of generalized differential quadrature method (GDQM). By assembling these discretized relations, a system of algebraic equations is generated. The boundary conditions at the shell and cutout edges, and the compatibility conditions at the interface boundaries of adjacent elements are also discretized by GDQM. Finally, the buckling load is calculated by an eigenvalue solution. To validate the presented method, the results of GDQM are compared with the available ones in the literature and also with ABAQUS finite element model. Then a parametric analysis is performed to investigate the effects of different parameters on the buckling behavior of the shells with and without cutouts. This study illustrates that the shell layup has a great effect on the buckling load of a shell. In addition, the influence of increasing the cutout size is not identical for different layups. However, the buckling behavior is independent of the shell material. Moreover, it was concluded that the shell with a square cutout has higher critical load than the one with a rectangular opening.
    Keywords: Buckling, Composite Shell, Cutout, First-order Shear Deformation Theory (FSDT), Generalized Differential Quadrature Method (GDQM)
  • Ehsan Bagheri Fahraji, Mehdi Maerefat * Pages 397-407
    In variable refrigerant flow (VRF) heat pumps facing variable environmental conditions, the required load is achieved by means of compressor speed and expansion valve opening. Thus, this type of heat pumps is under transient conditions in addition to steady state conditions. Thus a detailed modeling is essential for an appropriate heat pump analysis and strategy. In the present paper, dynamic modeling of a VRF heat pump is conducted. For this purpose, dynamic modeling of heat exchangers is done via modified moving boundary method. Compressor and expansion valve are modeled in steady state as their thermal transient conditions are much faster compared to heat exchangers. Finally components models are coupled in MATLAB software. Validations indicate the present model with 5.3 percent error is more accurate than the previous studies (10 percent error). By investigating of compressor speed and expansion valve opening variations effect by the present model, it is concluded that transient conditions on system performance such as COP and generation are very effective compared to steady state conditions and these effects depend on the type and size of variation and in this article 15 percent difference is achieved. These conditions must be considered in system strategy, otherwise system real generation and model prediction will be different and consequently thermal comfort will be disturbed. Thus an accurate dynamic model is necessary for all steady and transient conditions and the present model can be utilized.
    Keywords: Heat pump, Dynamic model, Variable refrigerant flow
  • Mohammad Mazidi Sharfabadi *, Mansour Alizadeh, Leila Nourpour Pages 408-418
    In this study, the inverse heat transfer problem of the estimation of unknown heat flux imposed on the boundary of a one-dimensional slab is solved by the genetic algorithm and two modified versions of this algorithm and the results obtained from different versions of the genetic algorithm are compared with each other. These two modified versions are developed based upon genes rearrangement approach. In this approach, an additional cost function is added to the conventional genetic algorithm to increase its computational efficiency. The results obtained by using errorless simulated temperature measurements show that modified genetic algorithms can improve the convergence and accuracy of the inverse solution in comparison with the conventional genetic algorithm and they give accurate estimations for the supposed heat flux even by using a small number of generations and moderate population size. The results show that modified genetic algorithm (2) provides better response to all the parameters of the solution evaluation in comparison with the conventional genetic algorithm and other modified version. In addition, in this study, the effect of adding Tikhonov regularization term to the objective function on the stability of the solution is investigated. Although only a simple one-dimensional problem has been solved in this study to demonstrate the approach of genes rearrangement, but this approach is expected to succeed in the inverse solution of complicated multidimensional problems.
    Keywords: Inverse heat conduction, Unknown heat flux, Genetic Algorithm, genes rearrangement
  • Ehsan Hosseini, Asghar Habibnejad Korayem* Pages 419-428
    The performance of cement paste as the reinforcing element in walls and transferring pipes in oil wells is of considerable importance. It is known that the mechanical properties of hardened cement can be altered under high pressure and temperature of oil well; the gravity of this change has an important role in the stability and service life of the well. This paper investigates the mechanical properties of hardened cement and GO-reinforced cementitious composites at molecular scale under the surrounding conditions similar to those of an oil well using molecular dynamics method. Results in nano scale revealed a decreasing pattern in mechanical properties of calcium silicate hydrate with increasing temperature of the oil well. However, pressure increment in the conventional range of the oil wells did not show any noticeable effect on hardened cement properties. Using GO proved to be beneficial to the calcium silicate hydrate, drastically improving its mechanical properties. Results concluded that GO nanoparticle can act as reinforcing elements in the cementitious matrix. The outcome of this research can provide more insights on the application of GO in the oil well cementitious matrix, in an ideal molecular conditions and thus passed over GO agglomeration, non-homogenous dispersion and impurities in the macro scale.
    Keywords: Cement, Calcium silicate hydrate, Graphene oxide, Mechanical properties, Molecular Dynamics
  • Mohammadreza Mohaseb Karimlou, Reza Eslsami-Farsani * Pages 429-436
    Today fiber metal laminates (FMLs) by having good mechanical properties and low weight have been attention. The use of shape memory alloy (SMA) in the FMLs causes these alloys, under mechanical cyclic loading, by creation reversible hysteresis loop, can absorb or waste mechanical energy and causes amelioration of resistance against buckling instabilities of FMLs. In this study, the effect of increasing pre-strain and embedment SMA wire in far and near layers to neutral axis of FML, under static buckling were investigated. FMLs were contained epoxy resin and glass fibers and 2024-T3 Aluminum alloy. To investigate effect of pre-strain of SMA, the pre-strain of 1, 2 and 3 percent with fixed quantity 6 wires in these FMLs were tested. Due to investigate the position of embedment, the quantity of 4 wires with fixed 3% pre-strain, in far and near layers to neutral axis, are used. The results showed that the increase of pre-strain due to creation more tension of SMA during the fabrication of the specimens and the tendency of wires to return to its original shape during the test makes the structure more resistant against pressure loading. Also, the wires were placed in layers far from the neutral axis of the specimen as compared to near the neutral axis due to the greater effect of the bending resistance of the specimen during the buckling and the effect of the better return properties of SMA wires, causes to increasing resistance against instability and load tolerance limit in FMLs.
    Keywords: Smart fiber metal laminate composite, Shape memory alloy wire, Buckling, Pre-strain
  • Vahid Bohlouri, Samane Kaviri, Marziye Taghinezhad, Mohammad Naddafi Pour Meibody, Soheil Seyedzamani * Pages 437-446
    In this paper, a linear dynamic model for a reaction wheel is identified using experimental analysis. To do this, online input-output data of reaction wheel is sent and received by CAN protocol working with the frequency of one mega bit per second. The experimental hardware consists of reaction wheel, processing board, CAN protocol, and LabVIEW monitoring. Modeling assumes the reaction wheel and its inner control circuit as a black box and takes into account the practical considerations. Initially, behavior of the reaction wheel is examined using test signals for velocity and acceleration as inputs. After that, the test signals are replaced by Chirp and PRBS signals and the output results are saved. According the results obtained in the tests, ARMAX and ARX linear dynamic models are assigned to the motor and different orders of these models are compared with each other to reach the appropriate order of the models. Furthermore, a delay is also incorporated in the model and its proper order is determined by the simulations. Finally, to validate the proposed model, the outputs of the model and plant are compared followed by exerting a new test signal. The results indicate a good agreement between the proposed model and the practical behavior.
    Keywords: Reaction wheel, System identification, Dynamic model, Satellite, Attitude control
  • Abdolazim Dehghani, Mostafa Jamshidian*, Mohammad Saeid Talaei, Mohammad Silani Pages 447-452
    The present study investigates the surface energy of metallic nanoplates as the most basic thermodynamic concept of nanostructures using one of the most efficient available computational tools in the field of nanoscience i.e. the molecular dynamics simulations. Whenever physicochemical properties of nanostructures are discussed, the surface energy is one of the key parameters. This parameter has the utmost importance at nanoscale since at this scale the surface to volume ratio is very large and thus there is a significant difference between nanoscale properties and the engineering scale properties. In this study, the surface energy of gold and silver metallic nanoplates using molecular dynamics simulations are investigated and shown to be dependent on size. The surface energy of metallic nanoplates with different thicknesses were calculated and it was shown that for very thin metallic nanoplates with sufficiently small thickness in the order of a few nanometers, the surface energy is dependent on the thickness of nanoplate and the surface energy decreases by reducing the thickness of the nanoplate. By analyzing the excess energy of different layers in very thin nanoplates, it was found that this size-dependent behavior is due to the reduction of excess surface free energy density in surface layers and its increase in the inner layers that overall reduces the surface energy of nanoplate.
    Keywords: Surface Energy, Excess Energy, Metallic Nanoplates, Molecular Dynamics