amir hossein rabiee
-
The vortex shedding from a bluff body can provoke structural vibrations known as flow-induced vibrations (FIV), which characterize an intrinsic phenomenon in the design of cylindrical structures. There are numerous passive and active methods to suppress FIV, among which suction and/or blowing on a cylinder surface is one of the most common approaches. In this work, different configurations of simultaneous suction and blowing are considered at two different Reynolds numbers corresponding to the galloping and frequency synchronization ranges. The parameters studied include the number of slots for suction and blowing, their length, and the velocity of the sucked and blown flow. The design of experiments method (DOE) is used to find the required simulation elements. The simulation results show that the dominant parameter in the reduction of galloping and vortex-induced oscillations and mass flow rate is the flow velocity in the areas of blowing and sucking. In addition, regression analysis is used to derive a relationship between various influencing parameters and performance parameters.
Keywords: Flow-Induced Vibration, Vortex-Induced Vibration, Galloping, Lock-In, Fluid-Solid Interaction (FSI), Suction, Blowing, Square Cylinder -
بهره گیری از هوش مصنوعی برای پیش بینی مشخصات انتقال حرارت در صنایع مختلف، توانایی بهبود طراحی تجهیزات حرارتی، افزایش کارایی انتقال حرارت، بهینه سازی سیستم های خنک کننده، و کاهش مصرف انرژی را فراهم می کند. نوآوری و هدف مقاله حاضر، پیش بینی رفتار زمانی عدد نوسلت در مسئله ارتعاشات ناشی از جریان آشفته بر روی استوانه گرم شده که آزادانه در جهات طولی و عرضی نوسان می کند، می باشد. پیش بینی عدد نوسلت بر مبنای جابجای های عرضی و طولی استوانه در سه سناریوی مختلف شامل ورودی جابجایی در جهت ، ورودی جابجایی در جهت ، و در نهایت ورودی ترکیبی و انجام شده است. پیش بینی توسط شبکه حافظه طولانی کوتاه مدت عمیق که معماری و ابرپارامترهای آن توسط الگوریتم ازدحام ذرات بهینه شده است، صورت گرفته است. نتایج نشان دهنده ی موفقیت شبکه های بهینه شده با ورودی های متفاوت می باشد؛ اگرچه دقت بالاتری در پیش بینی با ورودی های ترکیبی و بدست آمده است. ضریب همبستگی در بخش تست، برای شبکه های با ورودی ؛ با ورودی ؛ و با ورودی های و به ترتیب برابر با 0/967، 0/961، و 0/975 محاسبه شده اند. با بهره گیری از روش بکارگرفته شده در مطالعه حاضر، می توان مشخصات انتقال حرارت سازه های قرار گرفته در معرض جریان را پیش بینی نمود.کلید واژگان: عدد نوسلت، تعامل جریان و سازه، ارتعاشات ناشی از ریزش گردابه، شبکه حافظه طولانی کوتاه مدت، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذراتLeveraging artificial intelligence to forecast heat transfer characteristics across diverse industries holds significant potential for improving thermal equipment design, increasing heat transfer efficiency, optimizing cooling systems, and reducing energy consumption. The main contribution and purpose of the current study is predicting the Nusselt number in the context of turbulent flow-induced vibration around a heated cylinder experiencing unconfined oscillations along both streamwise and transverse axes. The anticipation of the Nusselt number relies on transverse and streamwise displacements of the oscillating cylinder and encompasses three distinct scenarios: displacement input in the x-direction, displacement input in the y-direction, and comprehensive amalgamation of both x and y inputs. This prediction is achieved through a sophisticated deep long short-term memory network, meticulously crafted and fine-tuned using a particle swarm optimization algorithm. The results highlight the effectiveness of the optimized networks across various inputs, with the highest predictive precision observed when employing combined x and y inputs. The correlation coefficients within the test segment are as follows: 0.967 for x input, 0.961 for y input, and 0.975 for combined x and y inputs. By applying the methodology elucidated in this study, the forecasting of heat transfer characteristics for structures subjected to fluid flow emerges as a feasible possibility.Keywords: Nusselt Number, Fluid-Solid Interaction, Vortex-Induced Vibration, Long Short-Term Memory Network, Particle Swarm Optimization Algorithm
-
میکروفرزکاری استخوان به طور گسترده ای در جراحی های اورتوپدی، ستون فقرات، جمجمه، تعویض مفصل زانو و دندان پزشکی جهت برش استخوان و ایجاد سوراخ در بافت به کارگرفته می شود. استفاده از ابزارهای با قطر کمتر در فرایند میکروفرزکاری استخوان در مقایسه با فرزکاری معمول باعث کاهش چشم گیر نیرو و همچنین طول دوره درمانی می گردد. در این مقاله، در قالب یک مطالعه تجربی، یک مدل هوشمند برای تقریب نیروی میکروفرزکاری استخوان بر اساس سیستم استنتاج فازی به دست آورده شده است. برای این منظور، ابتدا یک روش طراحی آزمایش برای استخراج یک دسته از آزمایش های تجربی بکار گرفته شده است. سپس بر اساس نتایج آزمایش های تجربی، بر اساس قابلیت تقریب سیستم های فازی، یک مدل دقیق برای تقریب نیروی برش بر اساس مقادیر ورودی های سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی، قطر ابزار، عمق برش و جهت برش ایجاد شده است. با بررسی نتایج به دست آمده مشاهده می شود که مدل فازی توانسته است با دقت بالایی نیروی برآیند فرایند میکروفرزکاری استخوان را بر اساس ورودی های در نظر گرفته شده تقریب بزند؛ به گونه ای که درصد خطای مطلق و ضریب تعیین برای داده های بخش تست به ترتیب برابر با 22/11 درصد و 93/0 محاسبه شده است. با بهره گیری از داده های این پژوهش جراحان با آگاهی کامل می توانند بهترین مقادیر متغیرهای ورودی فرایند میکروفرزکاری را بدون نگرانی از ایجاد آسیب و ترک در بافت استخوان با حداکثر سرعت عمل ممکن تنظیم کنند.کلید واژگان: میکروفرزکاری، استخوان، تقریب نیرو، منطق فازیBone micromilling is widely used in orthopedic, spine, skull, knee joint replacement, and orthopedic surgeries to cut bone and make holes in tissue. The application of tools with a smaller diameter in the bone micromilling compared to conventional milling causes a significant reduction in force and also the length of the treatment period. In this article, in the form of an experimental study, an intelligent model for predicting bone micromilling force has been obtained based on the fuzzy inference system. For this purpose, first, an experiment design method has been used to extract a group of practical experiments. Then, based on the obtained results and approximation capability of fuzzy systems, an accurate model for predicting the cutting force has been established founded on the input values of tool rotation speed, feed rate, tool diameter, cutting depth and cutting direction. By examining the obtained results, it can be seen that the fuzzy model has been able to accurately approximate the resulting force of the bone micromilling process based on the considered inputs; The mean absolute percentage error and coefficient of determination for the data of the test section were calculated as 11.22% and 0.93%, respectively. Using the data of this research, surgeons with full knowledge can set the best values of the input variables of the micromilling process without worrying about causing damage and cracks in the bone tissue with the maximum possible operating speed.Keywords: Micro Milling, Bone, Force prediction, Fuzzy logic
-
در مطالعه حاضر مشخصات ارتعاش ناشی از گردابه سیال هادی جریان الکریسیته حول استوانه قرار گرفته بر بستر الاستیک به صورت عددی بررسی شده است. جریان سیال تحت تاثیر میدان مغناطیسی یکنواخت در راستای محور استوانه بوده تا کارایی این روش کنترل فعال حلقه باز در کاهش ارتعاشات ناشی از گردابه سازه مورد ارزیابی قرار گیرد. جهت تحلیل این مسیله دو طرفه تعامل سازه و سیال، روش عددی حجم محدود برای حل معادلات پیوستگی، مومنتوم حاکم بر جریان سیال و روش انتگرال صریح برای حل معادلات حرکت سازه صلب استفاده شده است. شبیه سازی ها به ازای سرعت های کاهش یافته 2 تا 9 و مقادیر مختلف عدد استورات انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد، اثربخشی میدان بسیار خوب بوده و ارتعاش عرضی و طولی به صورت کامل (100%) کاهش یافته است. برای تمام سرعت های کاهش یافته، با افزایش قدرت میدان مغناطیسی، رفته رفته روند ریزش گردابه ها متوقف شده تا جایی که بطور کلی یک دنباله متقارن تشکیل شده و با عبور از شدت میدان مغناطیسی بحرانی حتی دنباله گردابه متقارن نیز ناپدید می شود.
کلید واژگان: ارتعاشات القایی ناشی از گردابه، تعامل سازه و سیال، میدان مغناطیسی، شبیه سازی عددیThe present study numerically evaluates vortex-induced vibration (VIV) for an electrically conductive fluid around a cylinder on an elastic support. The flow is subjected to a uniform magnetic field in the z-direction to evaluate the VIV attenuation performance of this open-loop active control method. To analyze this fluid-structure interaction (FSI) problem, the finite volume method (FVM) was employed based on the SIMPLE algorithm to solve the governing continuity and momentum equations of the fluid flow and an explicit integration method to solve the motion equations of the rigid structure. Simulations were carried out at reduced velocities of 2-9 and different Stuart numbers. The simulation results demonstrated that the magnetic field was significantly effective and wholly (100%) suppressed transverse and longitudinal VIVs. A rise in the magnetic field magnitude eliminated vortex shedding for all the reduced velocities, leading to a symmetric wake. The symmetric vortex even disappeared above the critical Stuart number.
Keywords: Vortex-Induced Vibration, Fluid-structure interaction (FSI), Magnetic field, Numerical simulation -
In this paper, by considering the processing parameters, including blank holder force, blank holder gap, and cavity pressure as the most important input factors in the hydroforming process, an experimental design is performed, and an adaptive neural-fuzzy inference system (ANFIS) is applied to model and predict the behavior of aluminum thinning rate (upper layer and lower layer), the height of wrinkles and achieved depths that are extracted in hydroforming process. Also, the optimal constraints of the network structure are obtained by the gray wolf optimization algorithm. Accordingly, the results of experimental tests are utilized for training and testing of the ANFIS. The accurateness of the attained network is examined using graphs and also based on the statistical criteria of root mean square error, mean absolute error, and correlation coefficient. The results show that the attained model is very effective in approximating the aluminum thinning rate (upper layer and lower layer), the height of wrinkles, and achieved depth in the hydroforming process. Finally, the results also show that the root means of the square error of aluminum thinning rate (upper layer and lower layer), the height of wrinkles, and achieved depth of the test section are 1.67, 2.25, 0.05, and 2.67, respectively. It is also observed that the correlation coefficient for the test data is very close to 1, which demonstrates the high precision of the ANFIS in predicting the outputs of the hydroforming procedure.Keywords: Neural Network, ANFIS, Gray wolf algorithm, Hydroforming, Fiber metal laminates
-
ناپایداری های ناشی از جریان یکی از چالش های اساسی در زمینه طراحی سازه های دریایی و زمینی در معرض جریان سیال به شمار می رود. روش های کنترلی غیرفعال و فعال بسیار متعددی برای کاهش نوسانات ناشی از جریان استوانه با مقطع مربعی به عنوان هندسه پایه ای برای سازه های دارای گوشه های تیز استفاده شده است. روش مکش و دمش جریان یکی از روش های اثربخش برای کنترل جریان و به تبع آن کاهش ارتعاشات حاصل از نیروهای آیرودینامیکی به حساب می آید که تا به حال برای استوانه مربعی قرار گرفته بر روی بستر الاستیک که آزادانه در جهت عرضی نوسان می کند، اعمال نشده است. بنابراین در مقاله حاضر جداگانه از روش های مکش و دمش برای سرکوب نوسانات ناشی از جریان بهره گرفته شده است. در روش مکش یک شیار در سطح جلویی استوانه و در روش دمش یک شیار در سطح پشتی استوانه جای گذاری شده است. در مطالعه حاضر اثر سرعت های مکش و دمش و هم چنین اثر طول شیارهای مکش و دمش بر کارآمدی روش به کار گرفته شده، مورد ارزیابی قرار گرفته است. با توجه به شبیه سازی های تعامل جریان- سازه ای مشاهده می شود که روش کنترل جریانی اعمال شده به خوبی توانسته است نوسانات ناشی از جریان را کاهش دهد.
کلید واژگان: ارتعاشات ناشی از جریان، ریزش گردابه، کنترل جریان، گالوپینگ، هندسه مربعیFlow-induced instabilities are one of the major challenges in the design of aerospace structures. Numerous passive and active control methods have been used to reduce the flow-induced oscillations of square cross-section cylinder as the basic geometry for structures with sharp corners. The suction and blowing flow control method are one of the most effective approaches for controlling the flow and consequently reducing the vibrations resulting from the aerodynamic forces, which so far are not considered for an elastically-mounted square cylinder which fluctuates freely in the transverse direction. Therefore, in this paper, suction and blowing flow control methods have been used separately to suppress flow-induced oscillations. In the suction-based method, a slut is placed on the front surface of the cylinder and in the blowing-based method another slot is inserted on the back surface of the cylinder. In the present study, the effect of suction and blowing velocities as well as the effect of suction and blowing slut lengths on the efficiency of the flow control approach was evaluated. According to the flow-structure interaction simulations, it is observed that the applied flow control method has been able to reduce flow-induced vibrations appropriately.
Keywords: Flow-induced vibration, Vortex Shedding, Flow Control, Galloping, Square geometry -
در این مقاله، کنترل فعال جریان ارتعاشات ناشی از جریان سیلندر دایروی قرار گرفته در داخل کانال ایزوترمال توسط روش تزریق جریان جت، مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین اثر تزریق جریان بر انتقال حرارت داخل کانال نیز مورد بازبینی قرار گرفته است. برای این منظور، سه شیار بصورت متقارن در دیواره های بالایی و پایینی کانال در فواصل 0، 1 و 4 برابر قطر استوانه می باشد از سطح کناری سیلندر جایگذاری شده اند. نوآوری اصلی مطالعه حاضر، بررسی اثربخشی روش ارائه شده بر حسب ارتفاع کانال می باشد. برای این منظور، 6 کانال با ارتفاع های 5/5، 6، 7، 8، 9 و 10 برابر قطر استوانه برای انجام شبیه سازی های تعامل جریان-سازه ای در نظر گرفته شده است. برای حل معادلات جریان و انرژی از روش حجم محدود استفاده شده است. برای کوپلینگ حرکت استوانه با میدان جریان از روش دینامیک شبکه استفاده شده است. نتایج عددی نشان می دهند که برای تمامی کانال ها با ارتفاع های مختلف، تزریق جت چه بصورت یکطرفه و چه دو طرفه، از شیار 3، اثری در جابجایی ندارد چراکه فاصله جت از سیلندر زیاد می باشد. با افزایش ارتفاع کانال می بایست، برای کاهش کامل نوسانات سیلندر، سرعت تزریق را افزایش داد. علت اصلی کاهش کامل ارتعاشات توسط روش تزریق جریان جت، در توقف روند ریزش گردابه ها دیده می شود.کلید واژگان: ارتعاش القایی گردابه، جریان جت، کنترل جریان، ریزش گردابه ها، انتقال حرارت کانالIn this paper, the active flow control of flow-induced vibration of a circular cylinder placed in the isothermal channel affected by jet injection is studied. The effect of flow injection on heat transfer inside the channel has also been examined. For this purpose, three slots are placed symmetrically in the upper and lower walls of the channel at distances 0, D, and 4D where D is the diameter of the cylinder from the side surface. The main innovation of the present study is to evaluate the effectiveness of the proposed flow control method in terms of channel height. For this purpose, 6 channels with heights of 5.5D, 6D, 7D, 8D, 9D, and 10D are considered to perform fluid-solid interaction simulations. The finite element method has been used to solve the flow and energy equations. For coupling the movement of the cylinder with the flow field, the dynamic mesh method is used. Numerical results show that for all channels with different heights, jet injection, either unilaterally or bilaterally, from slot 3, has no effect on displacement because the distance of the jet from the cylinder is large. By increasing the height of the channel, the injection velocity must be increased to completely reduce the oscillations of the cylinder.Keywords: Vortex-Induced Vibration, Jet Flow, Flow Control, Vortex Shedding, Channel Heat Transfer
-
شکل دهی ورق های ترکیبی ماشینکاری شده به واسطه وجود ضخامت های متفاوت دارای پیچیدگی های بیشتری نسبت به ورق های یکپارچه می باشد. وجود دو قسمت با ضخامت های متفاوت منجر ایجاد رفتارهای متفاوت شکل پذیری و به دنبال آن برگشت فنری متفاوت در آنها می شود. لذا بررسی برگشت فنری در قسمت های نازک و ضخیم ورق های ترکیبی ماشینکاری شده به منظور کمینه کردن آنها اهمیت بسزایی دارد. در این مقاله، یک سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی برای مدل سازی اثر پارامترهای مهم شامل زمان و دمای فرآیند برای پیش بینی درصد برگشت فنری ناحیه نازک و ناحیه ضخیم در ورق ترکیبی ماشینکاری شده که توسط فرآیند شکل دهی خزشی فرم دهی گردیده، استفاده شده است. همچنین در ادامه از مدل بدست آورده شده جهت بهینه سازی فرآیند شکل دهی خزشی با بهره گیری از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات استفاده شده است. به منظور مدل سازی رفتار فرآیند، آزمایش های تجربی بر روی فرآیند شکل دهی خزشی ورق های ترکیبی ماشینکاری شده صورت پذیرفته است. دقت مدل بدست آورده شده با استفاده از نمودارهای مختلف و همچنین بر اساس معیارهای ، ، ، و بررسی شده است.
کلید واژگان: فرآیند شکل دهی خزشی، ورق ترکیبی ماشینکاری شده، برگشت فنری، شبکه ANFIS، الگوریتم ازدحام ذراتThe forming of tailor machined blanks due to the different thicknesses is more complex than the monolithic sheets. The presence of two sections with different thicknesses leads to different formability behaviors and consequently their different spring-backs. Therefore, it is important to examine the spring-back in the thin and thick sections of tailor machined blanks in order to minimize the spring-back value. In this paper, an adaptive neural-fuzzy inference system is used to model the effect of important parameters to predict the percent of spring-back corresponding to the thin and thick sections on the creep age formed tailor machined blanks. In addition, the obtained model is used to optimize the creep forming process using particle swarm optimization algorithm. In order to model the process behavior, some experiments have been performed on the creep forming of tailor machined blanks. The accuracy of the obtained model is investigated using different figures as well as by the specific criteria , , , and .
Keywords: Creep forming process, Tailor machined blank, Spring-back, ANFIS network, Particle swarm algorithm -
Journal of Theoretical and Applied Vibration and Acoustics, Volume:6 Issue: 2, Summer & Autumn 2020, PP 301 -324This paper covers the application of the Fuzzy-PID controller to stabilize the three-axis gimbal payload orientation with respect to the inertial frame in the presence of platform motion. In this way, the effect of external disturbances induced by the operating environment is greatly reduced, thereby increasing the accuracy of ultimate operation. Three independent controllers are employed to maintain the triple angles of the three-axis gimbal payload at a desired orientation. The Fuzzy-PID controller benefits the typical PID control structure in which the control gains are adaptively computed by a fuzzy inference system. The particle swarm optimization algorithm is also used to calculate the optimal values of input-output scale factors. A co-simulation platform is considered by coupling the PSO-optimized Fuzzy-PID controllers modeled in Matlab/Simulink to the mechanical gimbal model designed in Solidworks and exported to Simulink by using Simscape toolbox, aiming at the calculation of control torque needed for stabilization of gimbal payload. The effectiveness of the proposed controller is examined by simulation of the designed system for various commanded angles in the presence of different disturbances, including sinusoidal disturbances with diverse frequencies and random vibrations. According to the adopted collaborative simulations, it is shown that the utilized control system performs very well in the tracking of the desired angles and also the rejection of the applied perturbations.Keywords: three-axis gimbal mechanism, Stabilization, Intelligent controller, collaborative simulation
-
In this paper, by considering the temperature, time, and process pressure, as the most important factors in producing the thermoplastic composites, an experimental design was performed. An adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) was utilized to estimate the important characteristics containing flexural strength, porosity volume ratio, fiber volume ratio, and flexural modulus. Then, the parameters of the ANFIS network were optimized by the teaching-learning-based optimization (TLBO) algorithm. For the purpose of modeling material behavior in the process, the experimental results were utilized for the training and validation of the adaptive inference system. The accuracy of the obtained model has been investigated by using different graphs, based on the statistical criteria of the mean absolute error, correlation coefficient, mean square error, and the percentage of mean absolute error. Based on the obtained results, the TLBO-ANFIS approach has been very effective in estimating the above-mentioned properties in the production process. The network error for estimating flexural strength, porosity volume ratio, fiber volume ratio, and flexural modulus in the teaching section was equal to 0.159%, 0.0003%, 1.074%, and 0.0001%, and the corresponding values were equal to 0.852%, 42.413%, 33.95%, and 4.894% in the testing section.
Keywords: Thermoplastic composites, ANFIS network, Teaching-learning-based algorithm, Hot press -
Resistance spot welding process of AISI 1060 steel has been experimentally investigated by studying the effects of welding current, electrode force, welding cycle and cooling cycle on tensile-shear strength. Using the response surface methodology, experimental tests are performed. An adaptive neural-fuzzy inference system is applied to model and predict the behavior of tensile-shear strength. Additionally, the optimal parameters of adaptive neural-fuzzy inference systems are obtained by the gray wolf optimization algorithm. For modeling the process behavior, the results of experiments have been employed for training (70% of data) and testing (30% of data) of the inference system. The results show that the applied network has been very successful in predicting the tensile-shear strength and the coefficient of determination and mean absolute percentage error for the test section data are 0.96 and 6.02%, respectively. This indicates the considerable accuracy of the employed model in the approximation of the desired outputs. After that, the effect of each input parameter on tensile-shear strength is quantitatively evaluated with the Sobol sensitivity analysis method. The results show that the tensile-shear strength of the joint rises by increasing the welding current and welding cycle and also decreasing the electrode force and cooling cycle.
Keywords: Resistance spot welding, AISI 1060 steel, Adaptive neural-fuzzy inference system, Gray wolf optimization algorithm, Sobol sensitivity analysis method -
روش جوشکاری مقاومتی نقطه ای یکی از روش های موثر برای اتصال ورق های فلزی می باشد. تخمین نیروی شکست در قطعات جوشکاری شده از اهمیت بالایی برخوردار بوده و از روش های مختلفی برای یافتن نیروی شکست استفاده می شود. در این مقاله از یک سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی (انفیس) برای تخمین و پیش بینی میزان استحکام قطعات جوشکاری شده استفاده می شود. برای این منظور با انجام یک طراحی آزمایش برای پارامترهای موثر فرآیند شامل شدت جریان جوشکاری، زمان اعمال جریان، زمان خنک شدن و نیروی مکانیکی، نمونه های جوشکاری تهیه شد. ورق مورد استفاده در نمونه ها فولاد کربنی AISI 1060 می باشد. پس از انجام آزمون کشش استحکام نمونه ها بدست آمده و سپس با استفاده از الگوریتم بهینه سازی آموزش و یادگیری در سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی پارامترهای بهینه مدل توسعه داده شده بدست آمد. 70 درصد داده های مربوط به استحکام نمونه ها برای آموزش سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی و 30 درصد باقیمانده برای بررسی صحت مدل ایجاد شده(بخش تست) مورد استفاده قرار گرفته است. دقت مدل بدست آمده با استفاده از نمودارهای مختلف و همچنین بر اساس معیارهای آماری جذر میانگین مربعات خطا، میانگین خطای مطلق، ضریب تعیین و درصد میانگین خطای مطلق بررسی شده است. از نتایج بدست آمده مشخص می شود که شبکه انفیس در پیش بینی استحکام شکست قطعات جوشکاری شده توسط فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطه ای بسیار موفق عمل کرده است. در پایان مشاهده می شود که ضریب تعیین و درصد میانگین خطای مطلق برای تخمین استحکام شکست در بخش آموزش به ترتیب برابر با 99/0 و 48/0 درصد و در بخش تست برابر با 95/0 و 2/6 درصد می باشند.
کلید واژگان: جوشکاری مقاومتی نقطه ای، استحکام اتصال، شبکه سیستم عصبی- فازی تطبیقی، انفیس، الگوریتم آموزش و یادگیریResistance Spot Welding (RSW) is one of the effective manufacturing processes used widely for joining sheet metals. Prediction of weld strength of welded samples has great importance in manufacturing and different methods are used by researchers to find the fracture force. In this article, the Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System (ANFIS) is utilized for prediction of joint strength in welded samples by RSW. A design of experiments (DOE) is prepared according to effective process parameters includes welding current, welding cycle, cooling cycle and electrode force. The sheet metal samples prepared from AISI 1075 carbon steel. Tensile test specimens are prepared and the tensile-shear strength of welded samples are measured. A model is developed according to ANFIS and trained according to teaching-learning based optimization algorithm. 70 % of test data used for network train and the remained 30 % used for access the accuracy of trained network. The accuracy of the trained network was assessed and the results show that the trained network can predict the joint strength with high accuracy. The determination factor (R2) and mean absolute percentage error (MAPE) are 0.99 and 0.48 % for trained data and 0.95 and 6.2% for test data.
Keywords: Resistance Spot Welding, RSW, Joint Strength, Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System, ANFIS, Teaching-Learning Based Optimization -
در این مقاله، کنترل غیرفعال و فعال ارتعاشات ناشی از جدایش گردابه های یک استوانه دایره ای که آزادانه در جهات طولی و عرضی نوسان می کند، توسط جاذب انرژی غیرخطی مورد مطالعه قرار گرفته است. جاذب انرژی غیرخطی از یک جرم، میراگر و یک فنرغیرخطی تشکیل شده که در داخل استوانه مرتعش متصل می شود. انرژی ارتعاشی استوانه به جرم جاذب انتقال پیدا کرده که در نتیجه آن نوسانات استوانه کاهش پیدا می کند. به منظور بررسی هر چه بهتر اثربخشی روش کنترلی ارایه شده، نتایج برای چهار عدد رینولدز واقع در ناحیه قفل شدگی فرکانسی Re = 85, 90, 95, 100 ارایه شده است. با توجه به شبیه سازی های عددی، پارامترهای بهینه شده برای جاذب غیرفعال برابر با... در نظر گرفته می شود. در ادامه مشاهده می شود که در تمامی اعداد رینولدز بررسی شده، سیستم های جاذب انرژی فعال نسبت به جاذب انرژی غیرفعال عملکرد بهتری در کاهش ارتعاشات ناشی از جدایش گردابه های استوانه دایروی از خود به نمایش می گذارند.
کلید واژگان: جاذب انرژی غیر خطی، کنترل غیرفعال ارتعاشات، کنترل فعال ارتعاشات، سازه های دریایی، ارتعاشات ناشی از جریانIn this paper, passive and active vortex-induced vibration control of a circular cylinder that oscillates freely in longitudinal and transverse directions is investigated by utilization of nonlinear energy sink. The nonlinear energy sink is composed of a mass, a damping and a nonlinear spring that attaches inside of vibrating cylinder. The vibrational energy of the main cylinder is transferred to the adsorbent mass, thereby reducing the cylinder oscillations. The effectiveness of the proposed control method, numerical results are presented for four Reynolds numbers located in the lock-in region, Re = 85, 90, 95, 100. According to the numerical simulations, the optimized parameters for the passive nonlinear energy sink are considered equal to ... . It can be seen that at all Reynolds numbers, active nonlinear energy sink perform better than passive energy absorbers in reducing vortex-induced vibrations.
Keywords: Nonlinear Energy Sink, Passive Vibration Control, Active Vibration Control, Marine Structures, Flow-induced Vibration -
در این مقاله، یک سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی برای مدل سازی اثر پارامترهای مهم در فرزکاری استخوان کورتیکال شامل سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی، عمق برش و قطر ابزار برای پیش بینی نیروهای برش مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور مدلسازی رفتار نیروی فرآیند، آزمایش های تجربی بر روی استخوان تازه ران گاو صورت پذیرفته است. سپس از نتایج آزمایش های انجام شده برای آموزش و تست سیستم استنتاج، بهره گرفته شده است. در این مدل مهمترین پارامترهای فرزکاری اتوماتیک استخوان کورتیکال شامل سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی، قطر ابزار و عمق برش به عنوان پارامترهای ورودی و نیروهای برش در سه جهت پیشروی، عمود بر پیشروی و عمود بر سطح استخوان و همچنین نیروی برآیند به عنوان خروجی در نظر گرفته شده اند. در این راستا، سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی بر مبنای 75 درصد از داده های آزمایشگاهی آموزش داده شده و از 25 درصد داده های باقیمانده به منظور تست درستی مدل بدست آمده استفاده شده است. دقت مدل بدست آورده شده با استفاده از نمودارهای مختلف و همچنین معیارهای آماری متعددی بررسی شده است. از نتایج بدست آمده مشخص می شود که شبکه عصبی-فازی تطبیقی در پیش بینی نیروهای برش در فرآیند سوراخکاری استخوان کورتیکال بسیار موفق عمل کرده است.
کلید واژگان: فرزکاری استخوان، استخوان کورتیکال، ماشینکاری سیستم عصبی - فازی تطبیقی (انفیس)، نیروهای برش استخوانIn this article, an adaptive neuro-fuzzy inference system is utilized to model the effect of important parameters in the cortical bone milling process including the rotational speed, feed rate, depth of cut and tool diameter to predict the cutting forces. To model the process force behavior, experimental tests are conducted on the fresh cow femur. Next, the results of performed experiments are used to train and test the inference system. In this model, the most influential parameters of automatic cortical bone milling process including the rotational speed, feed rate, tool diameter and depth of cut are taken as the input parameters, while the cutting forces in the feed direction, normal to the feed direction and normal to the bone surface as well as the resultant force are considered as the output. To this aim, the adaptive neuro-fuzzy inference system relies on 75% of the trained laboratory data and the remaining 25% to test the model validation. The accuracy of the obtained model is investigated using different diagrams and numerous statistical criteria. The results indicate that the adaptive neuro-fuzzy network has shown a successful performance in predicting the cutting forces of cortical bone milling process.
Keywords: Bone Milling, Cortical Bone, Machining, ANFIS, Bone Cutting Forces -
در این نوشتار به ارایه الگوریتمی جدید بر اساس ویژگی های کنترل کننده های Fuzzy-PID به منظور برآورد شار حرارتی در مسایل انتقال حرارت هدایتی معکوس پرداخته شده است. ساختار اصلی Fuzzy-PID، کنترل کننده PID بوده که در آن بهره های تناسبی، انتگرال گیر و مشتق گیر توسط سیستم فازی بصورت آنلاین بدست آورده می شوند. ورودی الگوریتم دماهای اندازه گیری شده در داخل مدل مورد مطالعه است که در هر لحظه کنترل کننده هوشمند، شار حرارتی مناسب به منظور تطبیق دمای اندازه گیری شده با دمای ورودی مطلوب را محاسبه می کند. یکی از مزیتهای الگوریتم پیشنهادی، دنباله ایی بودن آن در تخمین شار حرارتی است. مدل مورد مطالعه یک صفحه تخت با یک سطح عایق و سطح فعالی که بر آن شار حرارتی متغیر با زمان اعمال می شود، می باشد. تغییرات شار حرارتی می تواند با زمان به صورت ثابت، پله ایی و مثلثی در نظر گرفته شود. دماهای اندازه گیری شده در سطح فعال و غیرفعال با شبیه سازی عددی به دست آورده شده است. اثر نویز موجود در دماهای اندازه گیری بر دقت روش پیشنهادی بررسی شده است. نتایج حاصله از تخمین ها و آنالیز خطا نشانگر آن است که این الگوریتم در برآورد شکل های مختلف شار حرارتی با مقادیر مختلف نویز موجود دردماهای اندازه گیری شده و موقعیت های مختلف ترموکوپل در دیواره با دقت خیلی خوبی کاملا موفق بوده است.
کلید واژگان: شکل های مختلف شار حرارتی، روش آنلاین معکوس، نویز، فیلتر، کنترل کننده Fuzzy-PIDThis paper dealing with a novel algorithm based on features of Fuzzy-PID controllers to estimate heat flux on the inverse heat conduction problems. The main structure of Fuzzy-PID is a PID controller in which the proportionalو integrator and the derivative gains are obtained online by fuzzy system. The input of the algorithm is the measured temperatures within the model. In each time-step, the smart controller calculates the proper heat flux in order to adjust the measured temperature with desired input temperature. The model studied a flat plate with an insulated surface and an active level that affects the variable heat flux at the time. The variation of heat flux with time can be considered to be constant, step, and triangular. The measured temperatures are obtained at the active and inactive surface with numerical simulation. The effect of noise level at the measurement temperatures on the accuracy of the proposed method is investigated. The estimations and error analysis indicate that this algorithm is very successful in estimating the different forms of heat flux with different amounts of noise and the different thermocouple positions in the wall.
Keywords: Heat Flux, Sequential inverse method, noise, Filter, Fuzzy-PID controller -
- در مطالعه حاضر ارتعاشات ناشی از گردابه در اندرکنش سازه- سیال استوانه های دایروی و بریده شده مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، جریان آرام حول یک استوانه (دایروی و بریده شده) دو درجه آزادی که می تواند آزادانه در جهات جریان اصلی و عمود بر آن حرکت کند، در نظر گرفته شده است. به منظورحل کردن معادلات پیوستگی و مومنتوم برای جریان تراکم ناپذیر، غیر دایم و دوبعدی، روش عددی حجم محدود براساس الگوریتم سیمپل به کار برده شده است. علاوه بر آن، جهت شبیه سازی اندرکنش- سازه سیال، حل گر معادلات حرکت جسم صلب در جهت جریان و عمود بر آن با حل گر دینامیک سیالات محاسباتی کوپل شده است. به منظور اعتبار سنجی روش عددی به کار گرفته شده در بررسی اندرکنش سازه- سیال، نتایج بدست آمده برای نوسانات عرضی استوانه دایروی و بریده شده در اعداد رینولدز مختلف با نتایج سایر مطالعات مورد مقایسه قرار گرفت و انطباق بسیار خوبی مشاهد گردید. همچنین اثر زاویه بریده شده پشت استوانه بر کاهش ارتعاشات ناشی از جدایش گردابه مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد با افزایش عدد رینولدز جریان از 80 تا 85 ، ارتعاش استوانه های بریده شده وارد ناحیه قفل شدگی شده و پرش شدیدی در جابجایی عرضی آنها دیده می شود. تفاوت مهم در دامنه جابجایی استوانه های بریده شده با استوانه دایروی در نیمه سمت راست ناحیه قفل شدگی است. با افزایش زاویه بریدگی، استوانه ها زودتر این ناحیه را ترک می کنند و به عبارتی عرض ناحیه قفل شدگی کاهش می یابد.
کلید واژگان: ارتعاشی ناشی از گردابه، اندرکنش سازه-سیال استوانه های دایروی و بریده شده، ناحیه قفل شدگیIntroductionVortex induced vibration is a well-known phenomenon in the engineering applications involving the fluid/structure interaction. Especially, it has been observed in various ocean engineering applications such as offshore risers, deep water bridge piers and oil pipelines. In the flow around bluff bodies such as marine risers, in a specific range of Reynolds numbers, the asymmetric vortex shedding at the bluff body wake results in periodic hydrodynamic forces on the riser and consequently the vortex-induced- vibration. When the vortex shedding frequency is close to the natural frequency of the structure, the cylinder tends to dramatically vibrates in transverse direction which is commonly termed as the "lock-in" phenomenon. Since vortex induced vibration is one of the most important causes of fatigue damage and structural instability in marine risers, exploring efficient ways to reduce or suppress vortex induced vibrations, has attracted the attention of many ocean engineering researchers. In the present study, two-way fluid/structure interaction simulation of vortex induced vibration of the circular and truncated cylinders are conducted. For this purpose, laminar flow around an elastically supported two degree of freedom cylinder (circular or truncated), which can freely vibrate in stream-wise and transverse directions, is considered.
MethodologyTo solve the governing equations of two-dimensional, unsteady and incompressible flow over circular and truncated cylinders, a finite volume technique is employed. Moreover, the rigid body motion equations in stream-wise and transverse directions are incorporated into the computational fluid dynamics solver to treat the coupling which exists between the fluid flow and cylinder movement. To calculate the rigid body motion of cylinder and treat the fluid-cylinder interaction, a User-Defined Function is used. In every time step, the temporal variation of hydrodynamic forces (lift and drag) determined by solving the mass and momentum equations are employed as the source terms in rigid body motion equations to compute the velocity and displacement of cylinders. Fluid-structure interaction is handled using the Fluent's moving deforming mesh feature which deforms and remeshes cells during transverse and streamwise motions of the cylinders. The pressure-based solver with first-order implicit unsteady formulation is employed to solve the discretized continuity and momentum equations. The coupling between pressure and velocity fields are handled by using computationally efficient fractional step method along with the non-iterative time-advancement algorithm for time matching strategy in computational fluid dynamics solver. To solve the governing equation for the velocity fields, one needs suitable boundary conditions at the inlet, outlet, lower and upper boundaries, and on the surface of cylinders. A uniform profile of free-stream velocity is used at the inlet. At the outlet, the downstream boundary is located far from the cylinders such that the streamwise gradients for the velocity vectors could safely be set equal to zero. Along the upper and lower boundaries, the y-component velocity is considered to be zero while for the x-component velocity, the gradient in the y-direction is set equal to zero. At the cylinder’ walls, the no-slip condition is imposed on both velocity components.
Results and discussionIn order to validate the numerical method used in the study of fluid-structure interaction, the results for the transverse oscillations of the circular cylinder and truncated one (with truncation angle of 45 degrees) at different Reynolds numbers are compared with the results of Kumar et al. (2018). It is noteworthy that the obtained results in the present study are in good agreement with those of Kumar et al. (2018) and the numerical model accurately predicts the maximum amplitude of transverse vibration and the width of the lock-in region. Moreover, the influence of the truncation angle (behind the cylinder) on the vibration suppression of truncated cylinders is evaluated. The results show that as the Reynolds number increases from 80 to 85, the vibration of the truncated cylinders enters the lock-in region and experiences a sharp jump in their transverse displacement. Also, in this region, the truncation angle does not have a significant effect on the transverse vibrations of the cylinders and merely reduces their in-line vibration. However, changing the structural design of the cylinder (making a truncation at the back of the cylinder) has a substantial effect on the vibration reduction in the right half of the synchronization region. At Re = 100 (Reynolds number corresponding to the lock-out region), when the truncation angle increases from zero to 60 degrees, the transverse vibration of the cylinder is reduced by about 66%.
ConclusionIn summary, it is concluded that the significant difference in the oscillation amplitude of the circular and truncated cylinders is in the right half of the lock-in region. When the truncation angle increases, the width of the lock-in region decreases.
Keywords: Vortex-induced vibration, truncated cylinder, lock-in, vibration suppression -
Journal of Theoretical and Applied Vibration and Acoustics, Volume:5 Issue: 1, Winter & Spring 2019, PP 69 -84An adaptive fuzzy sliding mode controller (AFSMC) is adopted to reduce the 2D flow-induced vibration of an elastically supported square-section cylinder, free to oscillate in stream-wise andtransverse directions in both lock-in and galloping regions. The AFSMC strategy consists of a fuzzy logic inference system intended to follow a sliding-mode controller (SMC), and a robust control system designed to retrieve the variance between the sliding mode and fuzzy controllers. The sprung square cylinder first experiences vortex-induced vibrations with increasing Reynolds number, and then, after passing the critical flow velocity, it confronts high-amplitude and low-frequencyvibrations of galloping owning to its sharp corners. A co-simulation platform is considered by linking the AFSMC system modeled in Matlab/Simulink to the plant model implemented in Fluent, aiming at the calculation of opposite control force needed for comprehensive annihilation of the cylinder motions. Based on the performed numerical simulations, it becomes clear that the utilized active control system has successfully mitigated the two-degree-of-freedom vibrations of a square cylinder in both the lock-in region and galloping zone. Here, the vibration amplitudes in the transverse andstreamwise directions have decreased by 93% and 94%, for the lock-in region and 93% and 99%, for the galloping zone, respectively.Keywords: Galloping, Flow-induced vibration, Square-section cylinder, Intelligent controller, active controller
-
در این مقاله یک شبیه سازی مشرک و همزمان بین نرم افزارهای متلب و فلوئنت به منظور کنترل فعال استوانه دایره ای دو درجه آزادی با تکیه-گاه های الاستیک که آزادانه در جهات طولی و عرضی حرکت می کند، انجام شده است. هدف کنترل کاهش ارتعاشات حاصل از گردابه های استوانه می باشد. فرکانس طبیعی سیستم نوسانی بصورتی تنظیم شده است که با فرکانس دنباله گردابه های استوانه ثابت مطابقت داشته باشد. شبیه سازی مشترک به وسیله ی ارتباط همزمان کنترل کننده تناسبی-انتگرال گیر-مشتق گیر که در متلب/سیمولینک ایجاد شده به مدل سیستم تحت کنترل که در فلوئنت ساخته شده با هدف محاسبه نیروی کنترلی مورد نیاز برای کاهش کامل ارتعاشات عرضی استوانه انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان دهنده ی کارایی بسیار بالای الگوریتم کنترلی در کاهش ارتعاشات حاصل از گردابه های استوانه می باشد. پس از اینکه کنترل کننده شروع به فعالیت می کند، ارتعاشات عرضی و طولی استوانه و همچنین مقادیر ضرایب لیفت و دراگ بطور قابل توجهی کاهش پیدا کرده اند. همچنین دنباله گردابه های پشت استوانه که در حالت کنترل نشده در ناحیه دوردست به هم چسبیده می باشند با روشن شدن کنترل کننده از یکدیگر جدا شده و به دنباله ای با گردابه های ضعیف تر تغییر می کنند.
کلید واژگان: کنترل تعامل جریان، سازه، ارتعاشات حاصل از گردابه ها، استوانه الاستیک، شبیه سازی مشترکIn this paper a collaborative simulation between Matlab/Simulink and Fluent softwares is done to active control of an elastically mounted circular cylinder, free to move in in-line and cross-flow directions. The control goal is reduction of the two-dimensional vortex-induced vibrations (VIV) of cylinder. The natural oscillator frequency is complemented with the vortex shedding frequency of a stationary cylinder. A parallel simulation scheme is realized by linking the PID controller employed in Matlab/Simulink to the plant model constructed in Fluent, aiming at calculation of the control force necessary for total annihilation of the transverse cylinder vibrations. The simulation results reveal the high performance and effectiveness of the adopted control algorithm in diminishing the VIV of elastic cylinder. Once the control algorithm is turned on, there is a extreme reduction in the transverse and in-line cylinder oscillation amplitudes as well as lift and drag coefficients values. In particular, it is observed that the coalesced vortices in the far wake region of the uncontrolled cylinder are seprated and displaying wake vortices of weaker strengths.Keywords: Fluid, structure interaction control, vortex, induced oscillations, elastic cylinder, collaborative simulation
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.