فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و چهارم شماره 6 (شهریور 1401)

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و چهارم شماره 6 (شهریور 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/05/11
  • تعداد عناوین: 12
|
  • زهرا رجایی، علیرضا شوشتری* صفحه 1

    به کارگیری یک جاذب ارتعاشی که بتواند ارتعاشات سازه را به حداقل برساند و در عین حال به عنوان برداشت کننده ی انرژی نیز مورد استفاده قرار گیرد بسیار مورد توجه بوده است. در پژوهش حاضر از یک تیر پیوسته حاوی لایه ای از مواد هوشمند مگنتوالکتروالاستیک به عنوان جاذب دینامیکی استفاده شده است. این جاذب با داشتن مواد دارای خاصیت پیزوالکتریک و پیزومغناطیس توامان هم به کاهش ارتعاشات سیستم یک درجه آزادی کمک کرده و هم از آن انرژی برداشت می کند. بهترین عملکرد این جاذب در فرکانس تشدید اتفاق خواهد افتاد. با در نظر گرفتن یک نیروی تحریک هارمونیک اعمالی به سیستم اصلی، معادلات کلی جاذب استخراج گردید و تاثیر پارامترهای مختلف تیر بر برداشت انرژی مورد بررسی قرار گرفت. به کمک روش بهینه سازی و استفاده از الگوریتم ژنتیک مقادیر مناسب برای رسیدن به هر دو هدف به دست آمد. برای یافتن تابع هزینه از روش تجربی سطح پاسخ استفاده شد. بررسی ها در سه مود اول تیر انجام گرفت و مشخص شد که مودهای بعدی تاثیر چندانی در توان تولید شده ندارند. بیشترین میزان برداشت انرژی در مود اول و در محدوده ی فرکانسی 10 تا 40 هرتز اتفاق افتاده و میزان ارتعاشات سازه اصلی نیز حدود 65 درصد کاهش یافت.

    کلیدواژگان: جاذب دینامیکی، برداشت انرژی، مواد مگنتوالکتروالاستیک، الگوریتم ژنتیک
  • محمدرضا همایی نژاد*، محمدحسین سعیدی مستقیم، فرنود عرب صفحه 2

    در سیستم های چرخان صنعتی به دلایل مختلف مانند نا همراستایی یاتاقانی و وجود نامیزانی های جرمی، نیرو های مختلفی در یاتاقان تولید می شود. روش های بازشناخت الگوهای نامیزانی های جرمی زیان آور تاکنون بر اساس استفاده از سنسور های اندازه گیری جابجایی و یا سرعت طراحی و تدوین شده اند. در کنار بار محاسباتی بالای روش های مذکور، پهنای باند نسبتا کم و قیمت بالای تجهیزات مورد نیاز این نوع روش ها، تا کنون فناوری های لازم بر اساس تکنیک های تحلیل بر مبنای اندازه گیری شتاب یاتاقان ها توسعه داده نشده است. معادلات حرکت و نیروهای موجود در یاتاقان های غیر منعطف صلب و کاملا همراستا برای روتوری نامیزان با 15 جرم نامیزان موجود در سه صفحه با فواصل متفاوت استخراج شده اند. سپس، الگوهای نیرویی یاتاقان ها حاصل شده و نوآوری های مقاله ی حاضر بر اساس شبیه سازی های انجام شده به این شرح گزارش می گردند: ثابت شد که برای عیب یابی سیستم تنها دو سنسور شتاب سنج کافی است. در ادامه دو شبکه ی عصبی عمیق با 5 لایه طراحی شد که داده های ورودی، سرعت روتور، اندازه ی اقطار و میزان اوریب بودن بیضی بوده، و داده های خروجی برای شبکه ی اول تمامی متغیرهای لازم اجرام نامیزان شامل فاصله صفحه چرخش در روتور، زاویه، جرم و شعاع ذره و در شبکه ی دوم اختلاف زاویه ی اجرام، فاصله ی بین دو صفحه، فاصله ی یاتاقان A از وسط دو صفحه، و حاصلضرب جرم و شعاع هر کدام از نامیزانی ها بوده که دقت نهایی، 95 درصد گزارش شد.

    کلیدواژگان: نامیزانی جرمی، روتور صلب، عیوب دینامیکی روتور، بازشناخت الگوی نیروها، هوش مصنوعی
  • سید علی سینا*، حسن حدادپور صفحه 3

    ارتعاشات پیچشی تیرها در بسیاری از کاربردهای مهندسی دارای اهمیت است. در این مقاله، ارتعاشات غیرخطی پیچشی تیر در شرایط تحریک تشدید اصلی مورد بررسی قرار گرفته است. در معادلات غیرخطی حاکم بر حرکت، اثرات مربوط به قید اعوجاج و زاویه پیچش اولیه و نیروی محوری و اینرسی پیچشی در نظر گرفته شده است. وجود همزمان نیروی محوری و زاویه پیچش اولیه منجر به ظهور پدیده واپیچش می شود که در روابط درنظر گرفته شده است. معادلات غیرخطی بی بعد شده حاکم بر ارتعاشات پیچشی تیر در شرایط تشدید اصلی با استفاده از روش اغتشاشی مقیاس های چندگانه به ازای شرایط مرزی مختلف حل شده است. تشدید اصلی مود اول و مود دوم به صورت جداگانه مورد بررسی قرار گرفته است. حل تحلیلی برای پاسخ پیچشی تیر در حالتهای مختلف تحریک ارایه گردیده است. بررسی پاسخ ها نشانگر ظهور هارمونیکهایی علاوه بر هارمونیک اصلی در پاسخ است. علاوه بر این، تحلیل روابط حاکم نشان می دهد که مسیله در پاره ای شرایط شامل پدیده تشدید داخلی سه به یک هست. روابط دامنه پاسخ و فاز به ازای شرایط تشدید مختلف ارایه و نتایج عددی مرتبط نیز ذکر گردیده است. پایداری جواب ها، اندرکنش بین مودها و امکان انتقال انرژی بین مودهای ارتعاشی به صورت ویژه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج ارایه شده موید اهمیت پدیده های غیرخطی در ارتعاشات پیچشی تیر است.

    کلیدواژگان: تیر جدار نازک، ارتعاشات غیرخطی، پیچش، زاویه پیچش اولیه، نیروی محوری
  • نریمان اشرفی خراسانی*، الهام طهماسبی صفحه 4

    مدل های نیروی مغناطیسی مختلفی به منظور مطالعه اثر میدان های مغناطیسی بر روی ارتعاشات صفحات فرومغناطیس واقع در میدان مغناطیسی در نظر گرفته شده است. در تحقیق حاضر، معادلات جدیدی برای مطالعه رفتار ارتعاشی تیر-ورق های فرومغناطیس حامل جریان الکتریکی و واقع در میدان مغناطیسی، با در نظر گرفتن فرضیات واقع بینانه تر،ارایه شده است. بدین منظور روابط جدیدی برای نیروهای اندرکنش الکترومغناطیسی با مواد فرومغناطیس با در نظر گرفتن اثرات تراکشن های مغناطیسی و حرارت ایجاد شده در اثر جریان الکتریکی و جریان های گردابی، ارایه شده است. پس از استخراج معادلات دیفرانسیل کوپل حاکم بر سیستم، معادلات غیرخطی با روش گالرکین گسسته سازی شده و سپس به صورت عددی حل شده اند. نتایج عددی ارایه شده در تحقیق حاضر با نتایج موجود در ادبیات فن مقایسه شده و سپس اثر پارامترهای مختلف بر روی مشخصه های ارتعاشی تیر ورق فرومغناطیسی نرم بررسی شده است.پس از استخراج معادلات دیفرانسیل کوپل حاکم بر سیستم، معادلات غیرخطی با روش گالرکین گسسته سازی شده و سپس به صورت عددی حل شده اند. نتایج عددی ارایه شده در تحقیق حاضر با نتایج موجود در ادبیات فن مقایسه شده و سپس اثر پارامترهای مختلف بر روی مشخصه های ارتعاشی تیر ورق فرومغناطیسی نرم بررسی شده است.

    کلیدواژگان: تیر، ورق، فرومغناطیس، گردابی
  • جاوید حسین پور، سید حسین ساداتی*، یوسف عباسی، فیروز الهویردیزاده صفحه 5

    این مقاله یک ساختار کنترلی جدید با تلفیق مشاهده گر حالت توسعه یافته تقویت شده و کنترل خطی ساز مسیر برای مسیله ردیابی شتاب وسیله هوایی پیشنهاد می کند. به منظور بررسی پایداری سیستم متغیر با زمان خطی، بر اساس دینامیک خطای ردیابی محاسبه شده از بسط تیلور برای سیستم غیرخطی در امتداد مسیر موردنظر، یک قانون کنترلی مبتنی بر پس خورد خطی شده طراحی شده است. برای کاهش حساسیت عملکرد کنترل کننده به عدم قطعیت ها، مشاهده گر حالت توسعه یافته تقویت شده برای تخمین بردار خطای ردیابی و همچنین عدم قطعیت های سیستم شامل اغتشاش های خارجی و داخلی به صورت یکپارچه ایجاد شده است. در ادامه پایداری سیستم حلقه بسته پیشنهادی در حضور اغتشاش های خارجی و داخلی از طریق توابع لیاپانوف اثبات شده است. در انتها جهت بررسی اثربخشی روش کنترل کننده پیشنهادی، شبیه سازی عددی و خلبان خودکار شتاب برای وسیله هوایی طراحی و کارایی روش پیشنهادی نسبت به سایر روش های کنترلی نشان داده شده است. نتایج شبیه سازی با روش پیشنهادی در مقابل اغتشاش های داخلی مانند عدم قطعیت در پارامتر های ساختاری، ضرایب آیرودینامیکی و همچنین عدم قطعیت های خارجی مانند تندباد نسبت به روش کنترلی مشاهده گر حالت توسعه یافته تقویت شده مبتنی بر فیدبک حالت و کنترل خطی ساز مسیر کلاسیک مقاوم تر است.

    کلیدواژگان: کنترل خطی ساز مسیر، اغتشاش های داخلی و خارجی، مشاهده گر حالت توسعه یافته تقویت شده، وسیله هوایی، سیستم های متغیر با زمان خطی
  • سید محمد نیکوئی، محمدرضا رازفر، محسن خواجه زاده* صفحه 6

    پژوهش حاضر به بررسی تجربی و شبیه سازی المان محدود توزیع درجه حرارت در ابزار برش در فرایند ماشینکاری به کمک لیزر اختصاص پیدا کرده است. رویه در نظر گرفته شده در این تحقیق مشتمل بر ایجاد یک مدل المان محدود و صحه گذاری نتایج آن با نتایج حاصل از آزمون های تجربی اندازه گیری نیرو و درجه حرارت برای آلیاژ اینکونل 718 است. در این ارتباط، در مرحله نخست شبیه سازی المان محدود فرایند تراشکاری به کمک لیزر مورد مطالعه قرار گرفت. سپس طراحی و ساخت تجهیزات لازم برای انجام فرایند تراشکاری به کمک لیزر انجام شد و در نهایت مجموعه ای از آزمایش های تجربی با هدف اندازه گیری نیرو و درجه حرارت صورت گرفت و محدوده ای مناسب برای پارامترهای فرآیند، استخراج گردید. در ادامه از نتایج بدست آمده به منظور صحه گذاری نتایج شبیه سازی المان محدود استفاده شد. تاثیر توان لیزر، سرعت برش و پیشروی بر توزیع درجه حرارت در ابزار برش مورد بررسی قرار گرفته و نتایج مدل المان محدود با نتایج آزمون های تجربی صحه سنجی شد. بر اساس نتایج حاصل، استفاده از لیزر پیوسته در محدوده ای که منجر به تغییر ساختار کریستالی ماده نشود، ضمن کاهش 25 درصدی در مولفه ی نیروی اصلی برش، کاهش دمای ابزار برشی را به دنبال داشت. متوسط درجه ی حرارت ابزار در تراشکاری به کمک لیزر در حدود 80 درصد مقادیر نظیر در تراشکاری سنتی است

    کلیدواژگان: ماشینکاری به کمک لیزر، درجه حرارت برش، شبیه&rlm، سازی المان محدود، لیزر پیوسته
  • سجاد علی میرزایی، مهدی احمدی نجف آبادی*، امیر بنی محمد علی صفحه 7

    به منظور بررسی ویژگیهای جذب انرژی در سازه های کامپوزیتی لازم است تا مکانیزمهای عملکردی جذب شناسایی شده و میزان تاثیر هر یک در جذب انرژی مشخص شود. در این پژوهش به بررسی رفتار لوله های کامپوزیتی تحت بار محوری فشاری شبه استاتیکی با پایش سیگنالهای نشرآوایی پرداخته شده است. بدین منظور، برای ساخت لوله کامپوزیتی رشته پیچی شده در ابتدا با استفاده از تحقیقات صورت گرفته به تعیین پارامترهای بهینه پرداخته شد. در تعیین پارامترهای بهینه با توجه به وجود عدم قطعیت در تاثیر زاویه پیچش الیاف، از بین محدوه بهینه زاویه 35 درجه انتخاب گردید. برای اطمینان از نتایج تجربی حاصل شده، از روش شبیه سازی المان محدود و به کارگیری زیرروال VUMAT بر پایه روابط معیار گسیختگی هاشین سه بعدی استفاده شد. رفتار عملکردی لوله ها تحت این زاویه پیچش الیاف، نشان داد که مد خرابی غالب در این زاویه، شکست موضعی برشی و آسیب جانبی بوده که در ابتدا باعث تغییر شکل پلاستیکی نمونه شده و سپس موجب رشد ترک در راستای زاویه پیچش الیاف می شود. همچنین نتایج آزمایش های نشرآوایی نشان داد که بیشترین درصد مکانیزم خرابی در لوله هایی با این زاویه پیچش الیاف به ترتیب ترک خوردگی ماتریس، شکست الیاف و جدایش الیاف از ماتریس می باشد. در نهایت استفاده از زیرروال توسعه داده شده برای پیش بینی رفتار سازه مفید واقع گردید و توانست رفتار لوله کامپوزیتی را حتی بعد از حداکثر نیروی لهیدگی نیز به خوبی پیش بینی کند.

    کلیدواژگان: لوله کامپوزیتی رشته پیچی شده، درصد مکانیرم های خرابی، روش نشرآوایی، شبیه سازی عددی، زیرروال VUMAT
  • مجتبی قدیمی*، متین محمدزاده، محمد مومنی فر صفحه 8

    در این پژوهش، ساخت صفحات دوقطبی کامپوزیتی پلیمر/گرافیتی به روش قالب گیری داغ فشاری، به منظور استفاده در پیل های سوختی غشا پلیمری و بهینهسازی خواص به کمک طراحی آزمایش با استفاده از نرم افزار Minitab مورد بررسی قرار گرفت. خواص فیزیکی، مکانیکی و الکتریکی صفحات دوقطبیکامپوزیتی ساخته شده با انجام آزمون های جذب آب، محاسبه چگالی، آزمون استحکام خمشی، مقاومت تماسی و رسانای الکتریکی مورد بررسی قرار گرفت. فعالیت های انجام گرفته در طول این پژوهش حاکی از آن است که در صورت طراحی مناسب قالب، تامین دستگاه پرس گرم مناسب و رسیدن به دمای یکنواخت در سطوح قالب، تولید و ساخت صفحات دوقطبی با ضخامت کم و با کیفیت سطوح بسیار بالا توسط ترکیب کامپوزیتی پودری امکان پذیر است. پارامترهای فشار و زمان پخت به عنوان پارامترهای ورودی بهینه سازی در نظر گرفته شد و هدف بهینه سازی استحکام خمشی و مقاومت تماسی برای دستیابی به هدف گذاری سال 2020 دپارتمان انرژی آمریکا برای صفحات دوقطبی پیل های سوختی پلیمری است. نتایج بهینه سازی فشار 499/79 مگاپاسکال و زمان پخت 70 ثانیه را نشان می دهد که نمونه 12 به این حالت بهینه نزدیک بوده و پارامترهای استحکام خمشی و مقاومت تماسی آن به ترتیب 91/53 مگاپاسکال و 57/10 میلی اهم در سانتی متر مربع می باشد. همچنین میزان جذب آب و رسانایی الکتریکی در راستای ضخامت به ترتیب 36/0 درصد و 22/27 زیمنس بر متر می باشد که مطابق با هدف گذاری دپارتمان انرژی آمریکا می باشد.

    کلیدواژگان: قالب گیری فشاری، پیل سوختی پلیمری، صفحات دوقطبی کامپوزیتی، بهینه سازی
  • سهیلا سجودی، علی باستی*، سید رضا فلاحتگر، سیده مریم میرفلاح نصیری صفحه 9

    منحنی های حد شکل دهی یکی از متداولترین ابزارها، در پیش بینی وقوع گلویی در فرایندهای مختلف شکل دهی است. در این پژوهش، تیوری ناپایداری مارسینیاک-کوزینسکی با بکارگیری تابع تسلیم Gotoh برای تخمین حد شکل دهی ورق آلومینیومی AA6016-T4 در شرایط تنش صفحه ای، مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین، اثر سه مدل کارسختی مختلف شامل سوییفت، وس و یک ترکیب خطی از مدل‎های سوییفت و وس در تعیین منحنی های حدی بررسی می شود. مقایسه منحنی های حد شکل دهی تیوری با نتایج تجربی حاصل از آزمون ناکازیما، دقت مدل های سخت شوندگی را در پیش بینی کرنش های حدی تعیین می کند. از آنجا که در بسیاری ازفرایندهای جدید شکل دهی همچون هیدروفرمینگ و شکل دهی تدریجی، بررسی فرایند در حالت تنش صفحه ای، فرض دقیقی نیست، در ادامه این مقاله نمودارهای حد شکل دهی در شرایط جامع تنش، براساس مدل توسعه یافته ی مارسینیاک-کوزینسکی و گسترش تابع تسلیم دوبعدی Gotoh رسم می شوند و در آن اثر تنش نرمال فشاری و تنش برشی بین ضخامتی بر حد شکل دهی ورق بررسی می شود. نمودارهای رسم شده نشان می دهد که با اعمال تنش نرمال فشاری و تنش های برشی در راستای ضخامت، کرنش های حدی افزایش و شکل پذیری ورق بهبود می یابد و در مقابل، تنش های حدی به سمت پایین نمودار حرکت می کنند.

    کلیدواژگان: منحنی حد شکل دهی، تابع تسلیم Gotoh، مدل توسعه یافته مارسینیاک-کوزینسکی، تنش نرمال فشاری، تنش برشی بین ضخامتی
  • محمد مصطفی محمدی*، رسول محرمی، بهمن نعمتی صفحه 10

    فرایند پرداخت الکتروشیمیایی از جمله فرایند های نوین پرداخت به شمار می ررد. در این فرایند سطوح قطعه کار انحلال آندی کنترل شده قرار گرفته و زبری آن کاهش می یابد. عوامل مختلفی مانند هندسه، جنس ابزار و قطعه کار، نرخ پیشروی ابزار، ترکیب مایع الکترولیت، فاصله ابزار و قطعه کار، دبی الکترولیت، دمای الکترلیت و ولتاژ کاری بر خروجی فرایند اثر گذار است. از طرفی پارامتر های خروجی مهم فرایند صافی سطح نهایی، نرخ پرداخت کاری و دقت ابعادی ناحیه تحت پرداخت می باشند. در این مقاله اثر شکل ابزار، فاصله بین الکترودها، ولتاژ کاری و سرعت پیشروی ابزار بر پارامتر های خروجی بررسی شده است. به علت زیاد بودن تعداد پارامتر های ورودی و خروجی و احتمال برهمکنش میان اثرات پارامتر های موثر از روش طراحی آزمایش بر اساس متدولوژی سطح پاسخ استفاده شده است. به کمک این استراتژی نحوه اثر گذاری پارامتر های ورودی بر خروجی ها و اثرات خطی و غیر خطی پارامتر های ورودی و امکان بر هم کنش پارامتر ها با هم مورد ارزیابی تجربی قرار گرفته است. با استفاده از مدل تجربی حاصله و با اجرای روش بهینه سازی هم زمان، پارامتر های ورودی مطلوب جهت حصول نرخ پرداخت بیشینه در عین بسته نگاه داشتن تلرانس ابعادی و حصول صافی سطح در حد مطلوب بدست آمده است.

    کلیدواژگان: صافی سطح، نرخ پرداخت، تلرانس ابعادی، طرح باکس بنکن، روش رویه پاسخ
  • مسعود نصیری، مجتبی ذوالفقاری*، وحید طهماسبی، حامد حیدری صفحه 11

    به دلیل نیازهایی که در جراحی های ارتوپدی وجود دارد، رفتار مکانیکی استخوان کورتیکال در بار گذاری سیکلی و نرخ کرنش فیزیولوژیک، مورد بررسی قرار گرفته است. تاکید بر روی توسعه قانون ساختاری است که بتواند رفتار حین بارگذاری، باربرداری و بارگذاری مجدد که در آزمایش ها مشاهده شده را ایجاد کند. مدل های ایجادشده دارای مد الاستیک ، مد آسیب و مد پلاستیک است. این مدل ها با ترکیب المان های ریولوژیک و اصول انرژی فرمول بندی خواهند شد. فرمول بندی ها بر مبنای دو متغیر حالت درونی آسیب و کرنش پلاستیک هستند. ابتدا دو مدل یک بعدی مستقل از نرخ کرنش فرمول بندی شده، یکی دارای یک متغیر آسیب و دیگری دارای دو متغیر آسیب مجزا در کشش و فشار است، مورد بررسی قرار گرفته و با استفاده از داده های آزمایشگاهی، ضرایب هر مدل به دست آمده است. با مقایسه نتایج شبیه سازی و داده های آزمایشگاهی، اصلاح لازم بر روی مدل ها صورت گرفته است. درنهایت با ترکیب معیار تسلیم ناهمسانگرد برسلر- پیستر و مدل یک بعدی مستقل از نرخ همراه دو متغیر آسیب، مدل سه بعدی متناظر حاصل شد. این مدل سه بعدی در قالب روش اجزاء محدود صریح پیاده سازی شده و نتیجه آن با نتایج شبیه سازی مدل یک بعدی و داده های تجربی سازگاری قابل قبولی نشان داد. این مدل سه بعدی مناسب شبیه سازی هندسه های پیچیده خواهد بود. ضریب تعیین برای مدل های یک بعدی RI، RI±، RI و RI± اصلاح شده و مدل سه بعدی به ترتیب مقادیر 882174/0، 965665/0، 995508/0، 996279/0 و 984866/0 حاصل شده است.

    کلیدواژگان: واژگان کلیدی: استخوان کورتیکال، الاستیسیته، پلاستیسیته، آسیب، جراحی ارتوپدی
  • محمد کارکن*، مجید یعقوبی صفحه 12

    در این مقاله یک جزء مرتبه بالای هشت گرهی برپایه ی پاسخ تحلیلی معادله دیفرانسل حاکم، برای تحلیل سازه های دوبعدی پیشنهاد می گردد. رابطه سازی جزء پیشنهادی بر پایه ی تابعی درهم هلینگر-رایزنر و پاسخ تحلیلی معادله سازگاری حاکم بر مسیله-های دوبعدی انجام می پذیرد. شایان ذکر است جهت رابطه سازی اجزای محدود با تابعی درهم هلینگر-رایزنر، نیاز به دو میدان مستقل تنش و جابجایی در درون جزء می باشد. برای این منظور ابتدا، با حل تحلیلی معادله سازگاری، تابع های تنش آیری در دسترس قرار می گیرد. با بهره جویی از این تابع های تنش، میدان تنش درون جزء به دست می آید. همچنین، میدان جابجایی درجه دوم هم عامل هشت گرهی برای جابجایی درون جزء به کار می رود. با به کاربردن تابعی درهم هلینگر-رایزنر و ایستا کردن آن نسبت به میدان های مستقل تنش و جابجایی، ماتریس سختی و بردار نیروهای گرهی جزء در دسترس قرار می گیرند. در پایان با آزمون های عددی گوناگون، دقت و کارایی جزء پیشنهادی مورد ارزیابی قرار می گیرد. این آزمون ها دقت بسیار بالای جزء پیشنهادی را در تحلیل سازه های دوبعدی به اثبات می رسانند.

    کلیدواژگان: اجزای محدود، تابعی هلینگر-رایزنر، جزء هشت گرهی، تحلیل استاتیکی، مسائل دوبعدی
|
  • Zahra Rajaei, Alireza Shoshtari * Page 1

    The energy from vibration can be used as a source to generate voltage. The use of a vibration absorber can minimize the vibrations of the structure and at the same time be used as an energy harvesting . In recent years, the use of intelligent materials capable of generating voltage has made significant progress in various fields, including microelectromechanical systems. In the present study, a continuous beam containing a layer of magnetoelectroelastic smart materials has been used as a dynamic absorber. This absorber with piezoelectric and piezomagnetic properties both helps to reduce the vibrations of the system by one degree of freedom and extracts energy from it. Considering a harmonic excitation force applied to the main system, the general absorber equations were extracted and the effect of different beam parameters on energy harvesting was investigated. Using optimization method and using genetic algorithm, appropriate values were obtained to achieve both goals The experimental response surface methodology was used to find the cost function. The studies were performed in the first three modes of Bernoulli Euler beam and it was found that the subsequent modes have little effect on the generated power. In fact, the highest energy harvesting occurred in the first mode and in the frequency range of 10 to 40 Hz. The vibrations of the main structure also decreased by about 65%.

    Keywords: Dynamic absorber, Energy harvesting, Magneto-electro-elastic materials, genetic algorithm
  • Mohammad Reza Homaeinezhad *, Mohammad Hosein Saeidi Mostaghim, Farnood Arab Page 2

    In industrial rotatory machines different forces in rotor bearings are generated due to various impaired mechanical sources, namely bearing misalignment and nonhomogeneous mass distribution (unbalance). By precisely analyzing and diagnosing the produced patterns of bearing forces, one can determine the unbalance parameters such as quantities of masses, their distance from the rotational axis, and characteristics of corresponding parallel planes. Consequently, it will be possible to formulate pragmatic protocols according to which the maintenance engineers of rotatory systems will pinpoint properties of problematic imbalance masses and then straightforwardly balance them. In the procedure of conducting this research several exemplary imbalance masses are deployed on a rotatory mechanical shaft and the equations of motion and forces in perfectly aligned rigid bearings are extracted. Then, by applying a neural network-oriented system the patterns of bearing forces are recognized and the characteristics of the nominal masses including magnitudes, distances from the rotational axis, angles as well as the unbalance type are determined. The accuracy of predicting 8 variables of balancing masses was 41% and after eliminating the redundant overlaps from principal components, the accuracy of predicted 5 variables of balancing masses significantly increased to 95%. Also, by implementing another comprehensive neural network system, it was shown that by exerting two separate balancing masses, the applicability of this method in balancing any faulty systems with dynamic unbalance is possible.

    Keywords: Unbalanced Mass Rigid Rotor, Rotor Mechanical Defects, Force Patterns, Artificial Intelligence
  • Seyed Ali Sina *, Hassan Haddadpour Page 3

    Thin Walled Beams are widely used in engineering applications with the minimum weight design criteria. Frequently used thin walled beams have low torsional stiffness and their torsional deformations may be of such magnitudes that it is not adequate to treat the angles of cross section rotation as small. In this paper, nonlinear torsional vibrations of thin walled beams will be investigated. The method of multiple scales will be implemented as solution method and different nonlinear phenomena will be studied. The obtained results are compared with the available results in the literature which reveals an excellent agreement between different solution methodologies. The outcomes of this study show that beam nonlinear torsional dynamics and the related phenomena could influence the linear torsional dynamic of beams under axial load, e.g. rotating beams. Forced torsional vibrations of beam with the excitation in the form of primary resonance of first and second mode have been investigated. It has been demonstrated that in the case of beam with two ends clamped boundary conditions, three-to-one internal resonance will be appeared. The primary resonance of first and second mode have been solved in two sets of boundary conditions, torsionally clamped-fixed and torsionally fixed-fixed. Nonlinear response, amplitude-phase equations, fixed points and their stability have been studied.

    Keywords: Thin walled beam, nonlinear vibration, torsion, Pretwist angle, Axial load
  • Nariman Ashrafi Khorasani *, Elham Tahmasebi Page 4

    In the present study the nonlinear vibration behavior of a beam with general boundary condition carrying an electrical current and subjected to a magnetic field is investigated. The magnetic couple, transverse magnetic force, electrical current and the damper are considered in this paper.. Hamilton’s principle and Maxwell equations are applied to obtain the governing equation of the system under certain hypotheses. Also, the Galerkin’s method is used to solve the solution of the elastically restrained beam carrying an electrical current subjected to magnetic field. Thus, the effect of the rotational and the translational support flexibilities, the magnetic field and other parameters are evaluated. Finally, some numerical examples are shown to present simplicity and efficiency of the presented formulation. It can be concluded that the effect of the magnetic field reduces the deflection of the system and it decreases the natural frequency. On the other hands, it can be seen from the results that the deflection of the beam respect to various magnetic field are indicated the significant effect of the boundary conditions, not only on the dynamic response of the damped beam, as well as, also on the rate of damping of the response. Based on the results, the dynamic response under the magnetic field is decreased when the beam experiences a stiffer constant in its supported on the beam.

    Keywords: Elastically, restrained, beam, Vibration
  • Javid Hosseinpour, S.Hossein Sadati *, Yosef Abbasi, Firouz Allahverdizadeh Page 5

    This paper proposes a novel hybrid control framework by combing enhanced extended state observer (EESO) with trajectory linearization control (TLC) for air-to-air missile acceleration tracking problem. First, based on the tracking error dynamics derived by Taylor expansion for the original nonlinear system along the desired trajectory, a feedback linearization (FL) based control law is designed to stabilize a linear time-varying (LTV) system. To reduce the controller performance sensitive to uncertainties, with partial model information, EESO is constructed to estimate the tracking error vector, as well as the uncertainties in an integrated manner. The closed-loop stability of the system under the proposed compound scheme is established. Both numerical simulation studies and an application example of missile acceleration autopilot design demonstrate the feasibility and efficacy of the proposed method. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

    Keywords: Trajectory linearization control, Inetrnal, external disturbance, Enhanced extended sate observer, Air vehicle
  • Sayed Mohammad Nikouei, Mohammad Reza Razfar, Mohsen Khajehzadeh * Page 6

    The present paper has been dedicated to finite element simulation and experimental study of cutting tool temperature during laser assisted machining. To achieve this objective, a finite element model of the processes has been developed for Inconel 718 super alloy and the results have been verified by experimental measurements of cutting forces and cutting tool temperature. In this regard, first of all a finite element model of laser assisted turning process was developed and then experimental setup was designed and manufactured. Finally, a series of experimental tests were arranged to achieve proper range of process parameters and also to measure cutting forces and cutting tool temperatures during the machining process. Experimental results were then used to verify the results of finite element model. Using the developed model, the effect of laser source power, cutting speed and feed on cutting tool temperature were studied. According to the achieved results, using laser heat source, in the range without micro structural effects, will lead to 25% reduction in the average of main component of cutting force and 80% reduction in the average maximum temperature of cutting tool in comparison to conventional turning.

    Keywords: Laser Assisted Machining, Cutting Temperatures, Finite element simulation, Continuous Wave Laser
  • Sajad Alimirzaei, Mehdi Ahmadi Najafabadi *, Amir Bani Mohmmad Ali Page 7

    To study the energy absorption features in composite structures, it is necessary to identify the functional mechanisms of absorption and to determine the impact of each on the amount of energy absorption.In this study, the behavior of composite tubes under quasi-static compressive load by monitoring acoustic emission signals has been investigated.For this purpose, to make a filament wound composite tube, optimal parameters were first determined using the researches.In determining the optimal parameters, due to the uncertainty in the effect of the angle of fibers, from the optimal range of the intermediate-range, namely the angle of 35 degrees, was selected and investigated using the acoustic emission method.To ensure the experimental results, the finite element simulation method of ABAQUS software was used, and the VUMAT subroutine based on the Hashin criterion was implemented.The functional behavior of the tubes in this ply angle showed that the dominant failure mode was a local shear failure and lateral damage, which first caused the plastic deformation and then caused cracks to grow in the fiber direction.Also, the results of acoustic emission showed that the highest percentage of failure mechanisms are matrix cracking, fiber breakage, and debonding respectively.Finally, the use of the developed subroutine to predict the behavior of the structure was useful and was able to predict the behavior of the composite tube even after the maximum crushing force.

    Keywords: Filament wound composite tube, Percentage of failure mechanisms, Acoustic emission method, numerical simulation, VUMAT subroutine
  • Mojtaba Ghadimi *, Matin Mohammadzadeh, Mohammad Momenifar Page 8

    This study investigates the construction of polymer/graphic composite bipolar plates via hot compression molding for use in polymer fuel cells and the optimization of characteristics by experimental test design. For this purpose, the Minitab software is used. Besides, this study was examined the physical, mechanical, and electrical characteristics of the constructed bipolar plates through performing the tests of water absorption, calculation of density, the test bending strength, contact resistance, electrical conductance. The pressure and the curing time were considered as the input parameters of the optimization, and the goal is to optimize the flexural strength and interfacial contact resistance to achieve the U.S Department of Energy's 2020 target for the bipolar plates of polymer fuel cells. The results show that with a pressure of 79.499 MPa and the curing time under pressure was 70s, the parameters of flexural strength and optimum interfacial contact resistance are 53.91 MPa and 10.57 mΩ.cm2, respectively. The properties also include water absorption and electrical conductivity in the through-plane (TP) direction 0.36 percent and 27.22 (S/m) respectively, which is in line with the goals of the US Department of Energy.

    Keywords: compression molding, Polymer Fuel Cell, Composite Bipolar Plates, optimization
  • Soheila Sojodi, Ali Basti *, Seyed Reza Falahatgar, Seyedeh Maryam Mirfalah Nasiri Page 9

    Forming limit Curves are one of the common tools to predict the necking in various forming processes. In this Study, the Marciniak-Kuczynski instability theory by applying Gotoh yield function is utilized to estimate the forming limit curves for the AA6016-T4 aluminum sheet in plane stress conditions. Also, the effect of three different hardening models including Swift, Voce, and a linear combination of the Swift and Voce models to determine the limit curves are investigated. The comparison between the theoretical forming limit curves and experimental results from Nakazima test, determines the accuracy of the hardening models in predicting the limit strains. Since in many new forming processes such as hydroforming and incremental sheet forming processes, investigation the process in plane stress state is not exact assumption, Therefore, in continuation of the paper, generalized forming limit curves are plotted based on the developed Marciniak-Kuczynski model by extending the Gotoh yield function, and the effect of compressive normal stress and through-thickness shear stress on forming limits of the sheet are investigated. The results indicated that by applying the compressive normal stress and through-thickness shear stresses, the limit strains increase and the formability is improved, in contrast, the limit stresses move down in the diagram.

    Keywords: Forming limit Curve, Gotoh yield function, developed Marciniak-Kuczynski model, compressive normal stress, through-thickness shear stress
  • Mohammad Mostafa Mohammadi *, Rasoul Moharrami, Bahman Nemati Page 10

    Electrochemical finishing is a nontraditional finishing processes by which the surface roughness of the metallic workpiece is reduced due to anodic dissolution. Different parameters like the cathode material, inter electrode gap, chemical composition and concentration of electrolyte and its flow rate and temperature along with the electric potential affect the finishing performance. The important performance parameters are surface roughness, material removal rate, and the dimensional tolerance of the workpiece. In this article the effect of inter electrode gap, cathode geometry, cathode tool feed rate, and electric potential on the process outputs are evaluated experimentally. Due to the high number of input and output variables and possible interactions between the input variables, Box-Behnken design in response surface methodology is selected for designing the experiments. Using this response surface methodology, the effect of input parameters on process outputs and the possible interactions between the input variables are extracted. Also, multi-objective optimization is performed for determining the input variables adequate for maximizing the material removal rate along with achieving a predetermined amounts of surface smoothness and geometric tolerance.

    Keywords: Surface roughness, tolerance, electrochemical finishing, Box-Behnken, Response surface methodology
  • Masoud Nasiri, Mojtaba Zolfaghari *, Vahid Tahmasbi, Hamed Heydari Page 11

    Due to the need for orthopedic surgeries, the mechanical behavior of cortical bone in cyclic loading and physiological strain rate has been investigated. The emphasis is on developing a structural law that can establish the behavior during loading, unloading and reloading observed in experiments. The created models have elastic, damage, and plastic modes. The formulations are based on two variables: internal damage and plastic strain. First, two one-dimensional models independent of the strain rate are formulated, one with one damage variable and the other with two separate damage variables in tension and compression, are examined, and using laboratory data, the coefficients of each model are obtained. By comparing the simulation results and laboratory data, the necessary modifications have been made to the models. Finally, by combining the Bresler-Pister anisotropic yield criterion and the one-dimensional model independent of the rate associated with the two damage variables, the corresponding three-dimensional model was obtained. This three-dimensional model was implemented in the form of an explicit finite element method and the result showed acceptable compatibility with the simulation results of the one-dimensional model and experimental data. This three-dimensional model will be suitable for simulating complex geometries. The coefficient of determination for one-dimensional models RI, ±RI, RI, and ±RI has been modified and the three-dimensional model has obtained values of 0.882174, 0.965665, 0.995508, 0.996279, and 0.984866, respectively

    Keywords: cortical bone, Elasticity Plasticity, Damage, Orthopedic surgery
  • Mohammad Karkon *, Majid Yaghoobi Page 12

    In this paper, by using the Hellinger-Reissner functional, an efficient eight-node plane element with two degrees of freedom in each node is constructed. To do this, two independent displacement and stress fields in the Hellinger-Reissner functional are used. To find the stress field, instead of using hypothetical functions, the analytical solution of the governing differential equation is used. In this method, by solving the governance compatibility equation, the Airy's analytical stress functions are available. Then, by applying these stress functions, the stress field within the element is obtained. Also, for the displacement field of element, the eight-node isoparametric element interpolation functions are used. Next, by minimizing the Hellinger-Reissner mixed functional relative to the independent stress and displacement fields, the stiffness matrix and the nodal force vector are made available. To show the accuracy and efficiency of the proposed element, various benchmark tests will be analyzed. In these tests, the ability of the element for analysis of the curved structures with coarse meshes is evaluated. Also with the help of irregular meshes, the sensitivity of the response to mesh distortion is studied. These tests show the high accuracy of the proposed element in the analysis of complicated problems.

    Keywords: finite element, Hellinger-Reissner functional, eight-node element, Static analysis, plane problems