فهرست مطالب
مجله مهندسی مکانیک شریف
سال سی و سوم شماره 2 (پاییز و زمستان 1396)
- تاریخ انتشار: 1396/11/09
- تعداد عناوین: 14
-
- مقاله پژوهشی
-
صفحات 3-12در این پژوهش، جریان آشفته ی حاوی ذرات در یک مکعب با شرط مرزی دوره یی و اعمال شرط مرزی چسبشٓ لغزش مخلوط روی ذرات بررسی شده است. میدان جریان سیال با شبیه سازی مستقیم عددی معادلات ناویرٓ استوکس حل شده است و برای به دست آوردن میدان جریان آشفته ی اجباری از بارگذاری خطی استفاده شده است. معادله ی حاکم بر ذرات، معادله ی مکسیٓ رایلی است و حل عددی آن با در نظر گرفتن شرط مرزی چسبشٓ لغزش مخلوط روی ذرات ارائه شده است. در سمت راست معادله ی مکسیٓ رایلی نیروهای وارد بر هر ذره وجود دارد که در این پژوهش، با استفاده از حل تحلیلی جریان خزشی روی یک ذره ی کروی با شرط مرزی چسبشٓ لغزش مخلوط، رابطه یی برای محاسبه ی نیروی مقاومت واردشده از طرف سیال به ذره به دست آمده و در کد D N S اعمال شده است. ابر ذرات در این جریان متشکل از 100هزار ذره است که نتایج برای عدد استوکس ${\r m{S t=1}}$ و اعداد تروستل مختلف نمایش داده شده است. همچنین با بررسی رفتار ذرات در نزدیکی گردابه ها مشاهده شده است که با کاهش لغزش و در اعداد تروستل پایین، با کاهش اثر سیال بر ذرات، ذرات با سرعت بیشتری به بیرون از گردابه ها پرتاب می شوند.کلیدواژگان: شبیه سازی مستقیم عددی، جریان حاوی ذرات، جریان آشفته ی همگن ایزوتروپ، شرط چسبشٓ، لغزش مخلوط
-
صفحات 13-25یکی از مهم ترین دغدغه ها در حوزه ی ارتقای سطح خودگردانی ربات های پرنده مسئله ی طراحی سیستم هدایت ربات های پرنده است به نحوی که قادر به انجام ماموریت از پیش تعیین شده باشند. از آنجا که ماموریت محوله در شرایط جوی مختلفی می تواند تعریف شود، وسیله ی پرنده باید بتواند ماموریت خود را با حضور نامعینی های جوی انجام دهد. در تحقیق حاضر یک روش هدایت مقاوم مبتنی بر نقاط مسیر ارائه شده است که قابلیت انجام ماموریت در حضور باد و اغتشاشات جوی را دارد. در روش های هدایت کلاسیک مثل تعقیب محض و ناوبری تناسبی در بخش هایی از مسیر که شعاع انحنا کم است یا زمانی که پرواز در حضور باد و اغتشاش انجام می شود، هدایت ربات پرنده دچار افت شدید عملکردی می شود. در تحقیق حاضر با ترکیب روش های تعقیب محض و مد لغزشی و در نظر گرفتن دینامیک شش درجه آزادی غیرخطی ربات پرنده، یک الگوریتم هدایت مقاوم مد لغزشی طراحی شده است. برای افزایش کارایی و کاهش پدیده ی آشوب روشی هدایتی با کنترل فازی نیز ترکیب شده و یک قانون هدایت جدید به نام هدایت مقاوم مد لغزشیٓ فازی طراحی شده است. در نهایت، سیستم کنترل پرواز مبتنی بر روش وارون دینامیک طراحی شده است. شبیه سازی سیستم هدایت و کنترل به صورت شش درجه آزادی در دو سناریوی پروازی مختلف یک بار بدون حضور اغتشاش جوی و بار دیگر در حضور اغتشاش جوی انجام شده و نتایج روش های هدایتی مختلف مقایسه شده است. نتایج نشان دهنده ی عملکرد مطلوب الگوریتم هدایتی ارائه شده است.کلیدواژگان: هدایت مقاوم، هدایت تعقیب محض، هدایت مقاوم مد لغزشی، هدایت مقاوم مد لغزشی - فازی، کنترل پرواز وارون دینامیک، سیستم هدایت و کنترل
-
صفحات 27-41در این مقاله با استفاده از ترکیب نظریه ی تبدیلات خطی و نظریه ی پیچه به سنتز یک گروه از مکانیزم های 4 درجه آزادی موازی پرداخته شده است. نظریه ی پیچه یکی از معیارهای حرکتی است که برای تعیین درجات آزادی و سنتز شاخه های مکانیزم ها استفاده می شود. مکانیزم های سنتزشده دارای الگوهای حرکتی شامل سه درجه آزادی حرکتی دورانی و یک درجه آزادی حرکتی انتقالی (T1R3)، دو درجه آزادی حرکتی دورانی و دو درجه آزادی حرکتی انتقالی (T2R2)، و سه درجه آزادی حرکتی انتقالی و یک درجه آزادی حرکتی دورانی (R1T3)هستند. مکانیزم های سنتزشده با استفاده از نظریه ی پیچه تحلیل شدند. سپس الگوی حرکتی هر مکانیزم بررسی شد و ماتریس ژاکوبین مربوط به مکانیزم ها به دست آمد. تحلیل ها نشان دهنده ی این بود که مکانیزم ها درجات آزادی و الگوهای حرکتی مورد نظر را دارند. ماتریس های ژاکوبین بیان کننده ی استقلال حرکتی قابل قبول این مکانیزم ها بود.کلیدواژگان: مکانیزم موازی، نظریه ی تبدیلات خطی، نظریه ی پیچه، سنتز نوعی
-
صفحات 43-52در این پژوهش یک مدل عددی و یک الگوی رتبه کاسته برای شبیه سازی میدان جریان سیال بر اثر اختلاف دما همراه با مدل انتقال آلاینده ها با استفاده از روش تجزیه ی متعامد بهینه بسط داده شده است. بدین منظور معادلات ناویرٓ استوکس تراکم ناپذیر همراه با اثرات نیروهای شناوری، معادله ی انرژی، و معادله ی انتقال غلظت به صورت همزمان با استفاده از روش عددی حل شده اند. برای محاسبه ی نمایه های لازم برای بازسازی سیستم دینامیکی از نتایج حل عددی استفاده شده است. به منظور توسعه ی الگوی رتبه کاسته، بر اساس مفهوم سیستم دینامیکی و بر مبنای تصویرسازی، معادلات حاکم به فضای مودهای تجزیه ی متعامد بهینه بهره برده شده است. برای مدل سازی دینامیک میدان جریان، معادلات سیستم دینامیکی برای ضرایب مودال میدان سرعت و نرخ غلظت حل می شوند. برای مدل سازی معادله ی انتقال حرارت، مودهای میدان دما بر حسب ضرایب مودال نرخ غلظت محاسبه شده اند. این موضوع، که دستاورد خاص این پژوهش است، سبب می شود تا تعداد معادلات موردنیاز برای شبیه سازی دینامیک میدان کاهش یابد. نتایج حاصل از مدل رتبه کاسته با داده های حاصل از حل عددی مقایسه شده است که دقت و توانایی مدل توسعه یافته را نمایش می دهد.کلیدواژگان: مدل رتبه کاسته، شبیه سازی عددی، جابه جایی آزاد، انتقال آلاینده ها، انتقال جرم، سیستم های دینامیکی
-
صفحات 53-61افزایش میرایی سیستم های روتورٓ بیرینگ با استفاده از میراگرهای فیلم فشرده همواره یکی از موثرترین راه ها برای کنترل ارتعاشات نامطلوب این سیستم هاست. از جمله محدودیت های استفاده از میراگرهای فیلم فشرده، بروز رفتارهای به شدت غیرخطی در ماشین های دواری است که از این تجهیز بهره می برند. در این نوشتار، اثر تغییر در پارامترهای سیستم روتور صلب واقع بر میراگر فیلم فشرده همراه فنر جانب مرکز، با در نظر گرفتن وقوع خلاء سازی در فیلم روغن بررسی شده است. بررسی اثر تغییر در پارامترهای سیستم بر پاسخ با استفاده از روش فلوکوئت و در دو مرحله انجام گرفته است. ارزیابی نتایج در قالب نمودار مسیر حرکت مرکز روتور و نگاشت پوانکاره نشان می دهد که به ازای مقادیر مختلف پارامترهای بی بعد نامیزانی و سرعت دورانی، دوشاخگی های مختلف از جمله دوبرابری دوره، نقطه ی زینی و نیز پدیده ی پرش بین شاخه های مختلف پاسخ سیستم رخ خواهد داد.کلیدواژگان: پایداری، دوشاخگی، میراگر فیلم فشرده، روتور صلب، خلاء سازی
-
بهینه سازی مسیر در بازوهای مکانیکی انعطاف پذیر با درجات آزادی اضافی به وسیله ی جداسازی ارتعاش کشسانیصفحات 63-73در این نوشتار، مسیر بهینه ی بازوهای مکانیکی ماهر انعطاف پذیر با درجات آزادی اضافی بررسی شده است. در روش پیشنهادی، همه ی جواب های ممکن بر اساس شرایط صلب و افزونگی ربات به دست آمده است. سپس مسیری که یک تابع هدف فراگیر را کمینه کند، با استفاده از روش کنترل بهینه ی حلقه تعیین شده است. تابع هدف بسته به شرایط حرکت نقطه به نقطه یا حرکت در مسیر مشخص بین دو نقطه ی ثابت متفاوت است. در هر دو حالت، کاهش ارتعاشات کشسانی اعضای انعطاف پذیریکی از اهداف اصلی است. با انتخاب مناسب بردار حالت سیستم و سیگنال کنترل، تابع هدف و قیدها به شکل استاندارد مسئله ی بهینه سازی تبدیل می شوند. برای حل معادلات از اصل کمینگی پونتریاگین استفاده شده است. با توجه به شرایط مختلف حرکت دو مثال در قسمت شبیه سازی ارائه شده است. نتایج، نشان از صحت و کارآمدی روش پیشنهادی دارد.کلیدواژگان: بهینه سازی مسیر، بازوهای مکانیکی انعطاف پذیر_ افزونگی
-
صفحات 75-82طراحی سامانه ی هدایت محوله ی بازگشتی به محل معین، به دلیل ضرورت و راهبردی بودن این فناوری همیشه مورد توجه محققان حوزه ی فناوری بوده است. در تحقیق حاضر به تعمیم راهکار هدایت کاپا برای بهبود مسیر پرواز سامانه های هوایی غیر فعال بازگشت به محل معین، با قید کمترین سرعت فرود در صفحه ی عمودی پرداخته شده است. مسیر طراحی شده توسط راهکار پیشنهادی نسبت به حالت احتساب ضرایب ناوبری ثابت بهبود یافته است به طوری که نرخ تغییرات شتاب و همچنین مقدار سرعت نهایی در صفحه ی عمودی به حداقل رسیده است. نتایج مطالعات موردی نشانگر بهبود تاریخچه زمانی شتاب وارد بر محموله و همچنین کنترل بردار سرعت نهایی وسیله پرنده مورد نظر می باشد.کلیدواژگان: هدایت کاپا، بهبود مسیر، بازگشت به محل معین، کمترین سرعت فرود
-
صفحات 83-92تعداد مراحل، محدودیت ابعادی، و هزینه ی تولید بالای قطعات با سطح مقطع متغیر باعث شده است فرایند شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر به کار رود. در این پژوهش به بررسی پدیده ی پارگی در فرایند شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر با استفاده از شش معیار شکست نرم و معیار F L D پرداخته شده است. شبیه سازی فرایند در نرم افزار آباکوس انجام شده است. سپس آزمایش های تجربی با استفاده از دستگاه آزمایشگاهی ساخته شده در دانشگاه شهید رجایی انجام گرفته است. با مقایسه ی نتایج پیش بینی معیارهای شکست نرم و معیار F L D با نتایج تجربی، معیار شکست نرم آرگون، به عنوان مناسب ترین معیار برای پیش بینی پارگی انتخاب شده است. همچنین تاثیر پارامترهای ضخامت ورق، شعاع، و زاویه ی خم روی عیب پارگی با معیار منتخب آرگون بررسی شد. نتایج نشان می دهد که با افزایش ضخامت ورق و زاویه ی خم احتمال بروز عیب پارگی در محصول افزایش می یابد و با افزایش شعاع خم احتمال بروز عیب پارگی در محصول کاهش می یابد.کلیدواژگان: شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر_ معیارهای شکست نرم، روش اجزای محدود، منحنی حد شکل دهی
-
طراحی و شبیه سازی یک سیستم میکروسیالی نوین برای انتخاب و پالایش اسپرم پویا با استفاده از الکتروفرسیسصفحات 93-101از آن جاکه پویابودن یک پارامتر مهم در تعیین کیفیت اسپرم است، عملیاتی که بتواند اسپرم های پویا را به بهترین شکل و کمترین خطر جدا کند، برای درمان ناباروری مطلوب است. در میان راه های مختلف برای جداسازی و سرندکردن اسپرم های پویاتر، روش هایی که از میکروکانال استفاده می کنند، از نظر سادگی و کاربرپسندی و سازگاری با طبیعت از دیگر روش ها پیش افتاده تر هستند. سئو و همکاران (2007) سیستمی را طراحی کرده اند که متشکل از چهار کانال و سه مخزن است. در این طراحی جریان موجود در کانال ها با استفاده از فشار هیدرواستاتیک، ناشی از ارتفاع سیال در مخازن، تولید می شود و با ایجاد یک جریان معکوس در کانال اصلی فقط به اسپرم های پویا اجازه ی شنا در خلاف جهت جریان داده می شود. در این پژوهش، سیستم طراحی شده توسط سئو با استفاده از نرم افزار گمبیت شبکه بندی و به وسیله ی نرم افزار فلوئنت تحلیل شده است. ابتدا، نتایج سئو اعتبارسنجی شده و سپس اندازه ی مناسب میکروکانال ها انتخاب شده که طول کانال اصلی برابر m m 5 پیشنهاد شده است. همچنین با استفاده از این سیستم بهینه شده و مبانی الکتروفرسیس، سیستم میکروسیالی متشکل از یک میدان الکترواستاتیک و سیستم چهارکاناله به منظور جداسازی و پالایش اسپرم های پویا طراحی شده است.کلیدواژگان: اسپرم، اسپرم پویا، جداسازی اسپرم، میکروسیال، میکرواینجکشن
-
صفحات 103-113نانوتشدیدگرهای آشکارساز جرم، نانوحسگرهایی اند که جرم های خارجی چسبیده به آنها بر اساس جابه جایی بسامد پایه ی حسگرها شناسایی می شوند. در این پژوهش سعی شده است که در کنار تعیین فاصله ی تعادلی و تقریب غیرخطی نیروی واندروالز میان نانوصفحات دولایه ی برن نیتریدٓ برن نیترید و نانوصفحات دولایه ی گرافنٓ برن نیترید، بسامد پایه ی این دو معماری نیز یافت شود و تاثیر شرایط مرزی بر آن بررسی شود. در ضمن، قدرت شناسایی جرم نانوصفحات دولایه با دو معماری متفاوت گرافنٓ برن نیترید و برن نیتریدٓ برن نیترید نیز مطالعه شده است. به این منظور، از تلفیق نظریه ی کلاسیک ورق با نظریه ی آیفانتیس بهره گرفته شده است. نتایج بیان می کند که معماری برن نیتریدٓ برن نیترید جابه جایی بسامد پایه ی بیشتری نسبت به معماری گرافنٓ برن نیترید نشان می دهد. درضمن با افزایش مقیاس کوچک، حساسیت نانوصفحات دولایه ی گرافنٓ برن نیترید مستطیلی به جرم خارجی نسبت به نانوصفحات هم وزن مربعی با همان معماری کاهش می یابد.کلیدواژگان: نانوحسگرهای جرم، نانوصفحات دولایه ی گرافنٓ، برن نیترید، نظریه ی ورق غیرکلاسیک
-
صفحات 115-121سه بعدی سازی ریزساختار و استخراج خواص، بر اساس اطلاعات مقاطع دوبعدی از موضوعات مورد توجه در طراحی ریزساختار است. در این پژوهش روشی جدید و قدرتمند برای بازسازی سه بعدی ریزساختار، تنها با استفاده از یک تک مقطع دو بعدی، ارائه می شود. پایه گذاری روش بر اساس توابع همبستگی است. در ابتدا توابع همبستگی برای مقطع مبنا محاسبه و در ادامه این توابع برای سه بعد، تخمین زده می شود. سپس به کمک الگوریتم بازیابی فاز، بر اساس توابع همبستگی تخمین زده شده، ریزساختار سه بعدی بازسازی می شود. این روش برای ساختارهای غیرهمسانگرد به طور عرضی همسانگرد (مشابه مقاطع اکسترود شده) نیز قابلیت استفاده دارد. پس از بازسازی سه بعدی، ضریب هدایت حرارتی موثر ریزساختار، بر اساس ضرایب هدایت حرارتی فازهای تشکیل دهنده محاسبه و با مقادیر مربوط به نمونه ی شاهد مقایسه می شود.کلیدواژگان: بازسازی سه بعدی، توابع همبستگی دو نقطه یی، الگوریتم بازیابی فاز، مواد ناهمگن دو فازی
-
صفحات 123-132امروزه استفاده از وصله های کامپوزیتی برای ترمیم قطعات ترک دار رو به گسترش است. این وصله ها باعث کاهش میزان تنش در اطراف ترک، کاهش یا توقف رشد ترک، و افزایش عمر قطعه می شود. در این پژوهش به بررسی تجربی عمر خستگی در ورق های ترک دار آلومینیومی تعمیرشده توسط وصله ی کامپوزیتی پرداخته شده است. ترمیم به صورت چسبی انجام شده است تا از معایب اتصال مکانیکی مانند تمرکز تنش، مقاومت کم خستگی، و امکان ایجاد خرابی در قطعه ی اصلی جلوگیری شود. سپس به بررسی پارامترهای موثر بر رشد ترک خستگی از جمله زاویه ی ترک اولیه، عرض وصله، و نوع چیدمان لایه ها در وصله پرداخته شده است. نتایج حاصل از این پژوهش بیان می کند که افزایش زاویه ی ترک از صفر به 45 درجه عمر قطعات در اثر بار خستگی را افزایش می دهد. همچنین افزایش عرض وصله ها تاثیر مهمی در افزایش عمر ندارد و حتی ممکن است باعث کاهش عمر قطعات شود.کلیدواژگان: ورق ترک دار، تعمیر و ترمیم، وصله ی کامپوزیتی، رشد ترک، عمر خستگی
-
صفحات 133-140بسیاری از قطعات مکانیکی در عمل تحت بارگذاری خستگی قرار دارند و بسیاری از شکست ها و از کار افتادگی های مکانیکی نیز بر اثر این نوع بارگذاری است. زمانی که یک چرخه ی بارگذاری خاص در دوره های زمانی متوالی تکرار می شود پدیده ی خستگی و عمر خستگی مطرح می شود. این پدیده به شکست قطعات در تنشی کمتر از تنش تسلیم ماده منجر می شود. امروزه، برای افزایش عمر خستگی روش های بسیاری پیشنهاد شده است. بسیاری از این روش ها با ایجاد سازوکار تولید تنش پسماند فشاری عمر خستگی نمونه را افزایش می دهند. تنش پسماند فشاری در سطح نمونه باعث بستن ریزترک ها، به تاخیر انداختن ایجاد ترک، و کاهش نرخ رشد ترک می شود. فرایند ساچمه زنی یکی از رایج ترین عملیات سطحی به منظور ایجاد تنش پسماند فشاری و در نتیجه افزایش عمر خستگی قطعات فلزی است. در این نوشتار، اثر فرایند ساچمه زنی به صورت تجربی و عددی روی آلومینیم آلیاژی 0٫3g7A l S i یا 356٫0A بررسی شده است. این آلیاژ در مواردی کاربرد دارد که استحکام بالا، جوش پذیری خوب، قابلیت ریخته گری بالا به خصوص در قالب های دقیق و دائمی، و مقاومت زیاد به خوردگی نیاز است. صنعت خودروسازی، صنایع نظامی، و صنایع هوافضا بزرگترین مصرف کنندگان این نوع آلیاژ به شمار می آیند. در این پژوهش، عمر رشد ترک خستگی و منحنی های S-N برای نمونه های ساچمه زنی شده و نشده به صورت عددی و آزمایشگاهی بررسی شده است. تطابق بسیار خوبی بین نتایج عددی و آزمایشگاهی به دست آمده است. نتایج نشان می دهد که در خستگی پرچرخه، عمر نمونه های ساچمه زنی شده تا سه برابر نسبت به نمونه های خام افزایش یافته است. در حالی که، در خستگی کم چرخه میزان این تاثیر بسیار کم تر بوده است.کلیدواژگان: افزایش عمر، خستگی، تنش پسماند، ساچمه زنی، آلومینیوم
- یادداشت فنی
-
صفحات 141-147در این نوشتار از مدل میدان فازی و روش حداقل مربعات برای شبیه سازی سقوط قطره ی سیالی تراکم ناپذیر در سیال دیگر پیرامون آن به علت وجود نیروی گرانش استفاده شده که از جفت شدگی معادلات ناویرٓ استوکس و کانٓ هیلارد برای چگالی ها و لزجت های مختلف بین دو فاز در گام های زمانی کوچک بهره گرفته شده است. اثرات نسبت لزجت و نسبت چگالی بر دینامیک قطره ی تراکم ناپذیر به صورت کمی مورد مطالعه قرار گرفته و میدان سرعت پیرامون قطره و تاثیرات آن بر شکل قطره بررسی شده است. با افزایش نسبت چگالی تا حدود 100 برابر، سرعت سقوط آزاد قطره تا حدود 50 درصد کاهش می یابد در حالی که پارامتر میزان مدور بودن قطره تقریبا ثابت است. با افزایش نسبت لزجت تا حدود 100 برابر، سرعت سقوط آزاد قطره تا حدود 10 درصد افزایش و پارامتر میزان مدور بودن قطره تا حدود 15 درصد کاهش می یابد. به دلیل ایجاد حلقه های گردابی در پشت قطره در حین سقوط، شکل آن از کروی به بیضی تغییر می کند.کلیدواژگان: مدل میدان فازی، قطره ی تراکم ناپذیر، نسبت لزجت، نسبت چگالی، روش حداقل مربعات
-
Pages 3-12In this paper, a homogeneous isotropic turbulent flow inside a box with periodic boundary conditions laden with heavy spherical particles is investigated. The mixed stick-slip boundary condition is applied onto the particles surface. In all previous studies, the problem have been solved by considering no-slip boundary condition on the particles, but this assumption is not always acceptable, e.g., in two-phase liquid-liquid and liquid-gas suspensions. For example, assuming no-slip boundary condition on the surface of
liquid particles is not realistic, because, the background flow induces a flow inside the liquid drops, and thus, there is a non-zero velocity at the interface. This effect can be modeled by assuming the slip boundary condition. Furthermore, due to the evaporation of liquid particles suspended in a gas, there is a mass transfer at the interface, which could be modeled as a boundary slip, again. Also, with the progress of technology, hydrophobic materials are being used in various areas. These surfaces cause an apparent slip at the boundary. Hence, the study of mixed stick-slip boundary condition is of great fundamental as well as applied importance, because the effect of creeping flow boundary condition on the dynamics of the particles can be observed. The background turbulent flow field is computed using the direct numerical simulation (DNS) technique. In order to sustain the turbulence state, a linear forcing scheme is employed. The particle dynamics is governed by the Maxey-Riley equation. The drag force acting on the particle is obtained by solving creeping flow around a spherical particle with slip boundary condition. The so-obtained analytical formula for the drag force is supplied to the DNS solver. Simulations were conducted with different number of particles, different Stokes numbers, and different amounts of slippage. Results show that the increase of the slip on the particles surface causes the decrease of the preferential concentration. By using Q criterion, the vortices are detected and behaviors of particles near these vortices are studied. Results show that by decreasing Trostel number and drag force, particles run away more quickly from the vortices.Keywords: D?i?r?e?c?t n?u?m?e?r?i?c?a?l s?i?m?u?l?a?t?i?o?n, p?a?r?t?i?c?l?e-l?a?d?e?n f?l?o?w, c?i?p?o?r?t?o?s?i s?u?o?e?n?e?g?o?m?o?h?t?u?r?b?u?l?e?n?t f?l?o?w, m?i?x?e?d s?t?i?c?k-s?l?i?p b?o?u?n?d?a?r?i c?o?n?d?i?t?i?o?n -
Pages 13-25One of the main concerns in the field of promoting autonomy level of Unmanned Air Vehicles (UAVs) is guidance system which is designed to enable UAVs to fulfill their missions, especially through uncertain atmospheric conditions. The UAV should be able to complete the mission in a robust manner. Therefore, the current study is to provide a robust guidance system for UAVs. The designed guidance law should perform the mission, defined by a set of waypoints, in presence of wind and turbulence as efficiently as possible. In those parts of the path with small radii of curvature or when the UAV flies within the wind and turbulence, the classic guidance laws such as Pure Pursuit and Proportional Navigation undergo severe losses in their performance. In order to flight through a series of waypoints, while considering the UAV nonlinear six degrees of freedom dynamic model, a new robust guidance law is designed, based on the Pure Pursuit Guidance law and sliding mode control approach. Then, in order to increase the efficiency of the Pure Pursuit Sliding Mode Guidance and to reduce the undesired phenomenon of chattering, the desired guidance law is combined with a fuzzy control approach. Then, dynamic inversion is used for attitude control. The performance analysis of the newly developed guidance law, Pure Pursuit Fuzzy Sliding Mode Guidance, is evaluated through a series of scenarios without turbulence and wind and with turbulence and wind effects. The six degrees of freedom simulations reveal the superior performance of the proposed approach in comparison with the pure pursuit guidance law.Keywords: R?o?b?u?s?t g?u?i?d?a?n?c?e, p?u?r?e p?u?r?s?u?i?t g?u?i?d?a?n?c?e, s?l?i?d?i?n?g m?o?d?e c?o?n?t?r?o?l, f?u?z?z?y s?y?s?t?e?m, d?y?n?a?m?i?c i?n?v?e?r?s?i?o?n, g?u?i?d?a?n?c?e a?n?d c?o?n?t?r?o?l s?y?s?t?e?m
-
Pages 27-41In this paper, by using the theory of linear transformations, we investigate the type synthesis of 4-DOF parallel mechanisms performing different motion patterns are investigated. Most of the applications in various fields require limited movement and less than 6 degrees of freedom. The parallel mechanism with 4 degrees of freedom has many applications in different areas, such as industry and, medicine. Thus, the type synthesis of these mechanisms are is of paramount importance. This theory, which is one of the motion criteria, is applied to determine the degrees of freedom, and then synthesize the limbs of mechanisms. Unlike the classical theories of motion, in the case of parallel mechanisms and mechanisms with closed chains, this approach leads to promising and remarkable results. In this paper, 4-DOF parallel mechanisms performing three rotational DOFs and one translational DOF (3R1T), two rotational DOFs and two translational DOFs (2R2T), and three translational DOFs and one rotational DOF (3T1R) are synthesized. These mechanisms belong to a group of complex mechanisms which have closed chains in the structure of their limbs. The parallelogram loop is considered to synthesizes these complex mechanisms which helps to achieved mechanisms with lower motion decoupling. After synthesizing and obtaining the appropriate degrees of freedom and motion patterns, the mechanism with less kinematic complexities is selected, and then analyzed via the screw theory. Using the screw theory, without complex derivative of inverse kinematic problems, Jacobian mechanism can be obtained. In this analysis, the degrees of freedom and motion patterns of each mechanism are tested and the Jacobian matrix related to each one is obtained. Using the screw theory, Jacobian matrix of all mechanisms are is obtained. The results indicate that the mechanisms have the appropriate degrees of freedom and motion patterns, and thus, the theory of linear transformations works properly. Moreover, the Jacobian matrices for these mechanisms have acceptable motion decoupling which implies the non-complexity in the velocity equations of these mechanisms.Keywords: Parallel mechanism, theory of linear transformation, screw theory, type synthesis, 4-DOF
-
Pages 43-52In this study, a numerical approach and a reduced order model based on POD method are developed for simulation of the fluid flow and mass transfer. The flow field is under the effects of temperature gradients associated with contaminant transport. For this purpose, unsteady incompressible Navier-Stokes equations with terms of effects of buoyancy forces, unsteady heat transfer, and concentrations transport equations were solved simultaneously using numerical method. In order to discreatize the spatial terms, the second-order central difference method was used and the time integration was performed using Runge-Kutta fourth-order approach. The required snapshots for reconstruction of dynamical system were calculated using the numerical simulation data. Firstly, the CFD model was incorporated for simulation of a classic fluid mechanics problem, such as cavity flow, for validating its accuracy. Then, the developed computer code was applied for simulation of natural convection and mass transfer in a bounded domain under specified boundary conditions. In order to construct the reduced order model, based on the concept of dynamical system and projection approach, momentum and concentration transport equations were projected along POD modes. Moreover, for modeling the dynamics of flow field, velocity field and concentration transport dynamical system equations were solved for related modal coefficients variations. For simulation of heat transfer, temperature field modes were computed according to the modal coefficients of concentration field. The special achievement of this research would be reduction in the number of equations required to simulate the dynamic of the flow field. Based on POD modes energy level results in a higher level of captured kinetic energy of flow field when using a smaller number of modes. This means that by the described method a reduced order model can be obtained. The proposed model has the ability to simulate the flow and contaminant transport with higher speed of computations. The results of the reduced model were compared with the data obtained from numerical model and the accuracy and the ability of the developed model have been validated.Keywords: R?e?d?u?c?e?d o?r?d?e?r m?o?d?e?l, n?u?m?e?r?i?c?a?l s?i?m?u?l?a?t?i?o?n, n?a?t?u?r?a?l c?o?n?v?e?c?t?i?o?n, p?o?l?l?u?t?a?n?t t?r?a?n?s?p?o?r?t, m?a?s?s t?r?a?n?s?f?e?r, d?y?n?a?m?i?c?a?l s?y?s?t?e?m
-
Pages 53-61One of the effective solutions for controlling unwanted vibrations in rotating machinery is increasing the damping of the system by means of Squeeze Film Damper (SFD). In spite of the effectiveness of this equipment in controlling the vibrations of rotating machinery, we confront some limitations due to strong inherent nonlinearity of this equipment. For example, we can mention nonlinear behavior such as occurrence of various types of bifurcations, nonsynchronous vibration, chaotic motions, and jump phenomena. In this paper, the effect of system parameters, namely the unbalance parameter ${it U}$ , bearing parameter $(it B_{b})$, gravity parameter ${it W}$, and rotating speed parameter ${it Omega}$, are investigated on stability and bifurcation of a rigid rotor on squeeze film damper with centering springs and with consideration of occurrence of cavitation in fluid film by means of Floquet Transition Matrix Method. Numerical results in the form of journal center orbit and Poincare map showed the wrecking role of the unbalance parameter ${it U}$ in nonlinear behavior of the system and occurrence of Saddle-node and Period-Doubling Bifurcations and jump between Period-1 and Period-2 orbits in rotor response.Keywords: S?t?a?b?i?l?i?t?y, b?i?f?u?r?c?a?t?i?o?n, s?q?u?e?e?z?e f?i?l?m d?a?m?p?e?r, r?i?g?i?d r?o?t?o?r, c?a?v?i?t?a?t?i?o?n
-
Pages 63-73In this article, trajectory optimization of robot manipulators with additional degrees of freedom is studied. In the suggested method, all possible answers are obtained based on rigid conditions and redundancy of robot. Then, by using open-loop optimal control approach, the trajectory which minimizes the objective function will be selected. Due to flexibility, the dimensions of system are unlimited. So, the assumed mode method is used for discretization. By calculating kinetic and potential energy of system and based on Lagrange formulation, dynamic equations of motion are extracted. Given that global optimization is more accurate and efficient in comparison with local optimization, global optimization is used in this research. The objective function is defined as an integral index and will be minimized in the entire path. The objective function and constraints of optimization problem will be selected based on conditions of point-to-point motion or the specified trajectory between two fixed points. In two states, reduction of elastic vibrations of flexible members is considered as one of the main goals of issue. Dynamic equations of system are constraints of optimization problem in point-to-point motion. For condition of motion in the specified trajectory, kinematic equations are added to dynamic constraints. Also, unequal constraints are applied for bounding the velocity and torque magnitudes. By selecting the state and control signal vector which are obtained from assuming rigid motion of robot, the objective function and constraints will be changed to the standard form of an optimization problem. To solve the equations, Pontryagin's minimum principle is used. By using this principle, the equations of the classic form will be changed to a set of first order of differential equations, and finally, to a two-point boundary value problem. Given that the suggested method for point-to-point motion and movement in the specified trajectory is provided; therefore, two examples in simulation are considered for each. Results indicate accuracy and efficiency of the suggested method.Keywords: T?r?a?j?e?c?t?o?r?y o?p?t?i?m?i?z?a?t?i?o?n, f?l?e?x?i?b?l?e m?a?n?i?p?u?l?a?t?o?r?s, r?e?d?u?n?d?a?n?c?y
-
Pages 75-82Designing automatic come back system has long been of interest to researchers and scientists worldwide because of the strategic importance of this technology. But, there are not significant resources because most of such activities and studies are often in isolated and semi-military places. A trajectory with minimum acceleration rate, the energy loss, and high precision with high reliability, the selection and implementation guidance law is required which is obtained by evaluating the mission system, support system, and also challenged environmental conditions. Hereof, guidance laws with suitable trajectory can play important and effective roles as a software in increasing reliability of system and fulfilling the objectives of the control system designer. Several strategies have been proposed to guide the direction of flight systems, which each of them has its strengths and weaknesses. One of the strengths of guidance solutions, is the satisfaction of controlling the vector of the final speed for which Kappa guidance law is one of them. Kappa guidance law is an analytical solution with minimum energy performance index based on the calculation of the acceleration required to satisfy the boundary conditions of the aerial vehicles. In this paper, generalizing kappa guidance law in order to design a come-back trajectory with minimum landing velocity constraint for an aerial passive vehicles has been derived. Designed trajectory has been improved against ``kappa guidance law with constant navigation coefficients''. This means that ``acceleration rate'' and ``final velocity in vertical plane'' are reduced to minimum. Evaluation and comparison of the results, through the case studies are carried out, confirms recovery of acceleration time history of payload and final velocity vector controlin order to increase reliability of landing sub-system for come-back aerial passive vehicles.Keywords: P?a?r?a?f?o?i?l, c?o?m?e-b?a?c?k, g?e?n?e?r?a?l?i?z?e?d k?a?p?p?a g?u?i?d?a?n?c?e l?a?w, t?r?a?j?e?c?t?o?r?y s?h?a?p?i?n?g
-
Pages 83-92Using cold roll forming process can only produce profiles with constant cross-sections.While industries, such as automotive and construction, require profiles with variable cross sections.High costs and dimensional limitation of these products by production methods with limited flexibility, such as incremental forming, deep drawing, and hydroforming, led to the idea of using roll-forming process to produce these components discussed. That is the famous the process of forming parts with variable cross-sections or flexible roll forming process.This process has some defects like other forming processes that are causing unexpected forms. The main defects of this process are web warping, the deviation from the desired edge position, edge wrinkling, fracture at bending edges, longitudinal deflection. One of the main defects in this process is the fracture phenomenon. The fracture is observed on the bending edges at transition zone in which sheet thickness is largely compared to the bending radius. In this research, the fracture phenomenon was investigated on flexible roll forming process of channel section using ductile fracture criteria and FLD criterion. For this purpose, finite element simulation of the process was done using Abaqus software.The fracture defect in this process was investigated using six ductile fracture criteria and FLD criterion. Then, experimental tests were performed using flexible roll forming machine made in Shahid Rajaee Teacher Training University. By comparing simulation results with experimental results, numerical results were validated. In addition, by comparing the results of ductile fracture criteria and FLD criterion with experimental results, the Argon ductile fracture criteria were chosen as the most appropriate criteria to predict fracture. Also, the effects of parameters were studied as sheet thickness, bending radius, and bending angle on fracture with argon as the selected criterion. The investigation results showed that by increasing the sheet thickness, bending angle increases the risk of fracture defects in the product; by increasing bending radius, the risk of fracture defects in the product decreases.Keywords: F?l?e?x?i?b?l?e r?o?l?l f?o?r?m?i?n?g, d?u?c?t?i?l?e f?r?a?c?t?u?r?e c?r?i?t?e?r?i?a, f?i?n?i?t?e e?l?e?m?e?n?t m?e?t?h?o?d (F?E?M), f?o?r?m?i?n?g l?i?m?i?t d?i?a?g?r?a?m (F?L?D)
-
Pages 93-101Different studies show that at least half of the couples referring for infertility investigation and treatment have a causative male factor. Male factor infertility can be caused by a variety of defects, e.g., abnormal sperm amount, morphology abnormality, or low functionality. In all cases where the sperm cannot reach the ovum, Iin Vitro Fertilization (IVF) technique can be used for fertility. Separation of motile sperms from non-motile ones is essential in some infertility treatments such as intracytoplasmic sperm injection ( ICSI) and in vitro fertilization. Motility is one of the most important parameters in sperm quality, the effective and safe operations are more desirable in such treatments. The ideal sperm separation technique should be easy, low-cost, separate many sperms as possible, not damage the sperms, not cause physiological transformation, eliminate dead sperms and also other cells, allow for analyzing larger volumes of ejaculates, reduce the risk of reactive oxygen species and not having toxins for spermatozoa. In addition, after the separation step, spermatozoa must be viable and be able to fertilize the egg. Sperm morphology is directly related to the successful process. A system that selects the best sperms for fertilization can help to increase the rate of birth. In addition, sperm separation is a basic step in the IVF process. Several methods for motile sperm separation have been reported, including : Sperm washing, Sperm migration, Sperm sedimentation, Filtration, Density gradient centrifugation, Sperm surface charge for sperm selection(electrophoresis & zeta), Magnetic-activated cell sorting (MACS), Hyaluronic acid sperm binding, Raman spectroscopy, Confocal light absorption and scattering microscopy (CLASS), and Selection based on live sperm morphology. Sperm migration and movement from one point to another, is one of the sperm separation methods. Migration method, as a method to separate motile sperms, is used as an ideal experimental sperm selection method. One of the emerging systems used for motile sperm separation is sperm separation microfluidic system. among methods of motile sperm selection, the ones which use micro channels go beyond others in simplicity, user-friendliness, and similarity to the physiological environment. Among methods of motile sperm selection, the ones which use micro channels go beyond others in simplicity, user-friendliness, and similarity to the physiological environment. Seo et al. (2007) designed a motile sperm sorting microfluidic system (MSMS) consisting four channels and three reservoirs. The flow in channels is created by hydrostatic pressure of columns at the liquid reservoirs. In this system, a reverse stream is flowing and only motile sperms are able to swim against the flow. In this paper, we will simulate and develop the MSMS micro fluidic device previously reported by Seo. After validation, with Seo's results, we optimize the size of micro channels. The results will be useful in sperm sorting applications. In addition, in this research, by the use of the optimized system and electrophoresis based concepts, microfluidic system, consisting of a electrostatic field and optimized TRMS system, is designed for separation and selection motile sperms.Keywords: S?p?e?r?m, m?o?t?i?l?e s?p?e?r?m, s?p?e?r?m s?e?p?a?r?a?t?i?o?n, m?i?c?r?o?f?l?u?i?d?i?c, m?i?c?r?o i?n?j?e?c?t?i?o?n
-
Pages 103-113The nano-resonator sensors are designed to detect atoms or molecules more precisely and robustly. One of the techniques used to design nano-sensors is vibration-based method. In this method, the detection principle is based on the differentiable shift in resonant frequencies in nano-resonator due to foreign atoms or molecules attached to the surface of the nano-resonators. Carbon-based nano-structures are common nano-materials used for design of nano-sensors due to their high modulus of elasticity and extremely low mass. Nowadays, boron nitride nano-tubes which have similar structures to the carbon nano-tubes are considered as nano-resonators.The present study aims to investigate the ability of bi-layered nano-sheets made of graphene or boron-nitride or a monolayer graphene and a monolayer boron-nitride to detect foreign atoms or molecules in comparison with a monolayer nano-sheet. Also, the free vibration of two-layered nano-sheets formed by a monolayer graphene and a monolayer boron nitride nano-sheet with different boundary conditions are studied. The fundamental frequencies of this hybrid two-layered system are compared with those of bi-layered graphene and boron nitride nano-sheets as well. To this end, Aifantis's theory is incorporated into the classical plate theory to obtain a non-classical plate theory which is suitable to study the mechanical behavior of carbon- and/or boron-nitride-based nano-structures. Because of the importance of the inter-layer van der waals force on mechanical behavior of multi-layer nano-sheets, the nonlinear model of inter-layered interaction between graphene and boron-nitride nano-sheets and between boron-nitride layers is estimated based on Lenard-Jones 6-12 potential at first, although the linear part of inter-layered interaction model is used in linear free vibration study.The results show that bi-layered boron-nitride nano-sheets are more suitable for detecting foreign mass rather than bi-layered graphene sheets or hybrid two-layer system, although the sensitivity of a monolayer boron-nitride nano-sheet with the same surface area to foreign mass is more than the bi-layered one. On the other hand, between the bi-layered boron-nitride and the monolayer boron-nitride nano-sheets, which have the same mass, the bi-layered boron-nitride is more sensitive to foreign mass.Keywords: M?a?s?s d?e?t?e?c?t?i?o?n n?a?n?o-s?e?n?s?o?r?s, t?w?o-l?a?y?e?r?e?d g?r?a?p?h?e?n?e b?o?r?o?n n?i?t?r?i?d?e n?a?n?o?s?h?e?e?t, n?o?n-c?l?a?s?s?i?c?a?l p?l?a?t?e t?h?e?o?r?y
-
Pages 115-121Three-dimensional reconstruction of microstructure and evaluation of the various properties (such as mechanical, thermal, etc.) using limited two-dimensional cut-sections are intriguing subjects in microstructure optimal design. There are many practical cases, including material science, biology and medicine, and petroleum engineering for which only 2D images are available for analysis instead of 3D media. Furthermore, direct reconstruction of heterogeneous microstructures using stitching digitized serial section images is not well-suited to routine engineering applications, because providing the acquired images by FIB-SEM, X-ray computed tomography (micro CT), scanning laser confocal microscopy, and other imaging methods are expensive due to their complicated technology, lack of skilled operators and many other technical issues. Thus, three-dimensional reconstruction of such a heterogeneous microstructure is highly useful in performing homogenization, characterization, and finding correlations between microstructural attributions and effective properties of a material. In this paper, a new and powerful method is presented that reconstructs the microstructure using only one cut-section. The method is based upon correlation functions and phase recovery algorithm. The effective properties of a random heterogeneous material are strongly correlated with a particular formalism called n-point statistics. At first, using the available cut-section, two-dimensional two-point correlation functions are determined. Then, three-dimensional, two-point correlation functions are approximated using 2D ones. Indeed, using the phase recovery algorithm, based on the approximated correlation functions, the three-dimensional microstructure is reconstructed. Besides the isotropic microstructures, this procedure can be used for reconstruction of transversely isotropic microstructures using only one cut-section. Thermal conductivity for the original and reconstructed microstructures is calculated and compared with each other; it is shown that the proposed method reconstructs the original microstructure with a small error rate. An effective reconstruction procedure enables one to generate close to target structures at will, and a subsequent analysis can be performed on the reconstructed microstructure to obtain approximate macroscopic properties (e.g., mechanical, transport, and electromagnetic properties) of the heterogeneous media.Keywords: T?h?r?e?e-d?i?m?e?n?s?i?o?n?a?l r?e?c?o?n?s?t?r?u?c?t?i?o?n, t?w?o-p?o?i?n?t c?o?r?r?e?l?a?t?i?o?n f?u?n?c?t?i?o?n?s, p?h?a?s?e r?e?c?o?v?e?r?y a?l?g?o?r?i?t?h?m, h?e?t?e?r?o?g?e?n?e?o?u?s m?a?t?e?r?i?a?l
-
Pages 123-132Existence and growth of cracks in structures is an unavoidable matter, and presentation of economical repair methods is useful in this situation. Applications of repaired structures by composite patches are expanding. One of the most significant uses of this method is repairing cracked components and parts of aerospace industries. This type of patch includes many advantages such as high strength, resistance against corrosion and humidity, low weight and acceptable fatigue life. Patch repair causes the stress reduction around the crack and also the transition of stress from the cracked plate to the patch. Finally this type of repair decreases or totally stops the crack growth and increases the fatigue life of parts. In this study, the experimental investigation of crack growth and fatigue life in cracked Aluminum plates repaired by composite patches has been considered. Edge-cracked aluminum plates repaired with one-side composite patches are investigated. Due to avoidance of the disadvantages of mechanical joints such as; stress concentration, low strength against fatigue, the risk of failure in the main body, and so on, the adhesive has been used to join the parts. In addition, the effects of several parameters, such as the prime cracks angle in three levels $0^{0}$, $30^0$, and $45^0$, patch's width in three levels 25, 30, and 35mm and the layer's layout in three levels on fatigue life have been investigated. The results indicate that by the increase in crack angle from 0 to $45^0$, the fatigue life of parts under fatigue loads increases; and in several path layouts, there is not any difference in fatigue life. It is noticeable that increase in the patch's width, does not have any remarkable influence on the fatigue life and even may cause some decrease in lifetime.Keywords: C?r?a?c?k?e?d p?l?a?t?e, r?e?p?a?i?r, c?o?m?p?o?s?i?t?e p?a?t?c?h, c?r?a?c?k g?r?o?w?t?h, f?a?t?i?g?u?e l?i?f?e
-
Pages 133-140Many engineering components are subjected to cyclic loading which is the main cause for most of engineering failures. When a cyclic loading is repeated, fatigue must bring into account for any life estimation study. Fatigue results in failure of the engineering components in a stress level well below the yield stress of the material. Life extension techniques can delay the initiation or propagation of the crack in the engineering structures. Most of these techniques induce compressive residual stresses which can enhance the component fatigue life. As the crack usually starts from the surface, the induction of compressive residual stresses on the surface of the components can greatly influence the component life cycle. There are many surface modification techniques practicing in different industries. Shot peening is one of the most well-known surface treatment methods that is employed to enhance the fatigue life.In the current paper, severe shot peening has been applied to samples made of Aluminum A356. This alloy has been used where high strength, good weldability, ability of permanent die casting and corrosion resistance are required. A356 is an aerospace aluminum alloy and has a wide application in other industries, such as automobile and military. Fatigue crack growth and life curves of as-received and shot peened samples have been found both numerically and experimentally. Finite element analyses of the shot peening process are still under development by many researchers. The exact coverage percentage is difficult to achieve, and it requires simulation of a random peening process. This manuscript also describes how to achieve the correct coverage. The experiments were designed very carefully to evaluate the effects of the shot peening process. Very good agreements were observed between results. They showed life extension for high cycle fatigue up to three times. Having the finite element results in hand, the experimental achievement was explained.Keywords: L?i?f?e e?x?t?e?n?s?i?o?n, f?a?t?i?g?u?e, r?e?s?i?d?u?a?l s?t?r?e?s?s?e?s, A?l A356, s?h?o?t p?e?e?n?i?n?g
-
Pages 141-147In this study, numerical simulation of falling incompressible, spherical droplet of a fluid under gravity in other peripheral fluid is done. Phase field model and least square method are used for solving the two dimensional incompressible Cahn-Hilliard and Navier-Stokes equations in so little time step duration for different densities and viscosities between phases. The main performance of the least squares method is the minimization of the residual functional in a least squares manner of parameters. Instead of level-set, large eddy simulation or volume of fluid methods, the phase field models have been successfully implemented to simulate the flow of two or more immiscible fluids whose their densities and viscosities are not the same. The studied geometry includes a spatial domain as a vertical channel [0.2]X[0.08] that its boundaries have no slip and no penetration conditions and a stationary droplet with 0.005 radius starts falling by gravitational force. The droplet center of mass at the initial time is (0.04, 0.15). The effects of density and viscosity ratios on incompressible droplet dynamics are quantitatively studied. Density and viscosity ratios are defined to generalize the numerical solution by creating the relation between some properties of two different fluids. The chemical potential parameter in Cahn-Hilliard equation depends on the kinematic fluid pressure. The velocity field around droplet and its effect on droplet shape are investigated in this paper. The falling velocity of droplet decreases by density ratio increase, but circularity parameter is approximately constant. The falling velocity of droplet increases a little by viscosity ratio increase, but circularity parameter is decreased rapidly. The falling droplet shape goes from sphere to ellipse after producing vortex loops from its tail, and it leads to circulating region growth at the rear of the droplet. The velocity field makes droplet surface horizontally by growth of vortex sizes.Keywords: P?h?a?s?e f?i?e?l?d m?o?d?e?l, i?n?c?o?m?p?r?e?s?s?i?b?l?e d?r?o?p?l?e?t, v?i?s?c?o?s?i?t?y r?a?t?i?o, d?e?n?s?i?t?y r?a?t?i?o, l?e?a?s?t s?q?u?a?r?e m?e?t?h?o?d