فهرست مطالب

Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering - Volume:4 Issue: 2, 2012

Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering
Volume:4 Issue: 2, 2012

  • تاریخ انتشار: 1390/12/20
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مصطفی غیور، مصطفی شریعتی نیا صفحات 1-20
    در این تحقیق روشی برای طراحی مسیر یک سیستم ربات پایه متحرک فضایی شامل پایه غیرهلونومیک و بازوی سه عضوی در حضور موانع ثابت و متحرک ارائه شده است. در اینجا از توابع پیوسته و هموار مانند توابع چندجمله ای به منظور مسیریابی ربات استفاده شده است. روش ارائه شده شامل به دست آوردن تاریخچه زمانی حرکت محرک های ربات می شود که تحت رفتار این محرک ها، ربات به پیکربندی نهایی خود می رسد. پایه به کار رفته در این تحقیق، پایه با رانش دیفرانسیلی است که از انواع پرکاربرد پایه هاست. بازوی مکانیکی واقع بر پایه نیز بازوی سه درجه آزادی فضایی است. ترکیب بازو و پایه باعث می شود که ربات در فضای کاری وسیع تری عمل کند. هر چند بررسی این نوع سیستم ها شامل بررسی مسئله به نام افزونگی درجات آزادی می شود که به پیچیدگی مسئله می افزاید، ولی افزونگی درجات آزادی در ربات، قابلیت های ویژه ای از نظر کاربردی برای آنها ایجاد می کند. در ربات های دارای افزونگی درجات آزادی در یک فضای کاری مشخص، مسیرهای متعددی برای ربات وجود دارد. یک راه برای انتخاب یک مسیر مناسب از بین مسیرهای ممکن، انتخاب یک اندیس مناسب و بهینه کردن آن است. نتایج عددی و نمودارها جهت طراحی مسیر بهینه برای یک مجموعه ربات پایه متحرک در حضور موانع با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک آورده شده است. موانع به کار رفته در مسئله نیز فضایی بوده و موانع ثابت و متحرک را شامل می شود.
    کلیدواژگان: ربات پایه متحرک، بهینه سازی، طراحی مسیر، بازوی مکانیکی ماهر، الگوریتم ژنتیک
  • محمد شفیعی علویجه، حسین ترابیان، حسین امیرآبادی صفحات 21-34
    یکی از مهمترین محدودیت ها در شکل دهی مطلوب ورق های فلزی، پدیده بازیابی کشسان در طول باربرداری است که به برگشت فنری و انحنای دیواره جانبی منجر می شود. بنابراین پیش بینی برگشت فنری و انحنای دیواره جانبی برای تولید محصولات دقیق ضروری است. در این تحقیق، تاثیر نیروی ورقگیر، ضریب اصطکاک، ضخامت و استحکام تسلیم ورق بر مقادیر برگشت فنری و شعاع انحنای دیواره جانبی در فرایند خمکاری U شکل ورق هایی از جنس فولاد DP600 مورد بررسی قرار گرفته است. برای بررسی این عوامل از نرم افزار اجزای محدود آباکوس استفاده شده و نتایج حاصل از این نرم افزار با نتایج آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفته اند. نتایج آزمایشگاهی، نتایج شبیه سازی اجزای محدود را تصدیق می کنند. پس از حصول اطمینان از صحت روش تحلیل اجزای محدود، به وسیله آزمایش های تجربی، روش تحلیل اجزای محدود با نرم افزار آباکوس به عنوان ابزاری قدرتمند، سریع و موثر جهت انجام بررسی بعضی پارامترهای مهم فرایند خمکاری U شکل ورق، مانند نیروی ورقگیر، ضریب اصطکاک، ضخامت و استحکام تسلیم ورق، معرفی می شود. در نهایت با استفاده از نرم افزار مینی تب که یک نرم افزار آماری است، نتایج شبیه سازی اجزای محدود تجزیه و تحلیل شده و معادلاتی برای پیش بینی مقادیر برگشت فنری و شعاع انحنای دیواره جانبی با استفاده از مقادیر ضریب اصطکاک، نیروی ورقگیر، ضخامت و استحکام تسلیم ورق آمده است.
    کلیدواژگان: شکل دهی، شبیه سازی، برگشت فنری، انحنای دیواره جانبی، فولاد DP
  • مهدی بزرگی، طاهر ازدست، عبدالمحمد رضاوند صفحات 35-40
    در این مقاله به بررسی تاثیر درصد وزنی مواد اولیه، دمای مذاب و فشار تزریق بر استحکام کششی کوپلیمر پلی پروپیلن- پودر تایر بازیافتی در فرایند قالبگیری تزریق پرداخته شده است. عامل پیوند دهنده عرضی مالئیک آنیدرید به میزان 5 درصد وزنی، درجه حرارت مذاب180،200 و220 درجه سانتیگراد و فشار تززریق 600،400 و800 بار در نظر گرفته شده و هر آزمایش برای حصول اطمینان سه مرتبه تکرار شده است. خواص مکانیکی نمونه ها برای آزمایش کشش براساس استاندارد ASTM D638-02 بوده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش مقدار پودر تایر بازیافتی مقاومت کششی نمونه ها بطور چشمگیری کاهش می یابد. همچنین افزایش فشار تزریق و دمای مذاب، افزایش استحکام کششی را به دنبال دارد.
    کلیدواژگان: پودر تایر بازیافتی، خواص مکانیکی استحکام کششی، مالئیک آنیدرید، تزریق پلاستیک
  • فیروز بختیاری نژاد، میثم میرزایی، مهدی وهابی، امیر ابوالفضل صورتگر صفحات 41-48
    برای شناسایی و تحلیل ارتعاشی سازه ها اندازه گیری حداقل چند فرکانس طبیعی اول و شکل مودهای مربوطه ضروری است. اندازه گیری چند شکل اصلی مود ها مستلزم نصب چند حساسه در نقاط شکمی سازه و تحریک یک نقطه از سازه و یا نصب یک حساسه و تحریک همزمان چند نقطه مشخص است. هر دو روش مستلزم داشتن تعداد زیادی حساسه شتاب و یا نیرو است. تحریک سازه می تواند توسط ضربه چکش، تحریک کننده های الکترو مغناطیس، آکوستیک و یا لیزری باشد. روش دیگر در اندازه گیری شکل مودهاکه نیازمند فقط یک حساسه نیرو و یک حساسه شتاب است، تحریک کننده متحرک برای اعمال انواع بار های متحرک است. اعمال نیرو در تحریک کننده متحرک می تواند از انواع الکترو مغناطیس، هیدرولیک و یا پنوماتیک باشد. روش پنوماتیکی به علت پاکی و دقت می تواند از کارایی خوبی برخوردار بوده و برای ایجاد تحریک غیر تماسی مورد استفاده قرار گیرد. این نوع اعمال کننده نیرو که برای تحلیل سازه های حساس و شکننده که انواع دیگر تحریک کننده ها نظیر تحریک با چکش و تحریک تماسی الکترومغناطیس عملکرد مناسبی ندارند از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله، طراحی و ساخت دستگاه تحریک کننده پنوماتیک متحرک برای تحریک یک تیر با اعمال نیروهای ضربه ای، بار ثابت پله ای یا شیب ویا هارمونیک در سرعت های متغیر ارائه و عملکرد تحریک کننده با ایجاد تحریک بر روی یک تیر بررسی و با نتایج نظری مقایسه شده است .
    کلیدواژگان: تحریک کننده، پنوماتیک، متحرک، نیروی ضربه ای، نیروی هارمونیک، فرکانس طبیعی
  • علی حسن زاده، جعفر اسکندری جم، سعید شکرالهی صفحات 49-56
    اهمیت داشتن توانایی برای نظارت بر سلامت سازه و شناسایی آسیب در سریعترین زمان ممکن، یکی از مهمترین دغدغه های مهندسان به ویژه در رشته های مکانیک و هوافضاست. این اهمیت ناشی از آن است که آسیب و تخریب یک سازه در حین خدمت می تواند خسارات مالی و جانی بسیار شدید و بعضا جبران ناپذیری را به دنبال داشته باشد. یکی از روش های مورد توجه در این عرصه، روش عیب یابی با استفاده از تغییرات در خصوصیات ارتعاشی سازه است. هدف از تحقیق حاضر عیب یابی پوسته استوانه ای کامپوزیتی از طریق انجام آنالیز مودال تجربی و به کمک روش های عیب یابی بر پایه شکل مود و بررسی حساسیت آن ها در برابر شدت های مختلف آسیب است. نتایج حاصل بیانگر آن است که تکنیک های عیب یابی بر پایه شکل مود از آنجا که مستقیما از داده های خام تست مودال استفاده نمی کنند، قابلیت اطمینان کمتری نسبت به تکنیک عیب یابی دیگر دارند و کارامدی روش های ذکر شده شدیدا به دقت تست و داده های مودال استخراج شده وابسته است. به طور کلی اکثر روش های مورد استفاده به جز در مرحله اول آسیب یعنی حفره ای با ضخامت 4 میلی متر، در دیگر مراحل قادر به تشخیص موقعیت آسیب هستند.
    کلیدواژگان: آنالیز مودال، عیب یابی، پوسته استوانه ای کامپوزیتی
  • هادی کلانی، علیرضا اکبرزاده صفحات 57-74
    این مقاله با مدل سازی و شبیه سازی ربات مار مانند شروع شده و با کار آزمایشی به پایان رسیده است. در ابتدا دو منحنی سرپنوید متقارن و نامتقارن برای ایجاد حرکت سرپنتین معرفی شده است. سپس معادلات سینماتیک و دینامیک یک ربات مارمانند با n عضو در حرکت سرپنتین بر روی سطوح صاف و شیبدار به صورت ساده، جامع و کارامد ارائه و برای تایید معادلات، از نرم افزار سیم مکانیک و آزمایش های عملی استفاده شده است. همچنین تاثیر پارامترهای منحنی سرپنوید بر روی گشتاورهای مورد نیاز مفاصل و پیشروی ربات مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزایش زاویه سطح شیبدار، کاهش زاویه پیچش اولیه، کاهش تعداد نوسانات (یا تعداد موج های منحنی بدن)، افزایش طول عضو ها و افزایش تعداد آن، گشتاور مورد نیاز افزایش می یابد. برای بهینه سازی پارامترهای منحنی سرپنوید نامتقارن، از الگوریتم بهینه سازی چندهدفی NSGA، برای ارضای هم زمان دو هدف (یعنی حداقل گشتاور مورد نیاز و بیشترین پیش روی) استفاده شده است. طبق نتایج دامنه تغییرات پارامترهای منحنی بدن ربات مارمانند، برای رسیدن به بیشترین پیش روی و کمترین گشتاور، محدود است. به کمک منحنی سرپنوید نامتقارن می توان به منحنی هایی که به بدن مار شبیه تر باشند، دست یافت و عملکرد ربات مارمانند را افزایش داد. در پایان از ربات مارمانند FUM-Snake I برای آزمایش و تصدیق معادلات بر روی سطح صاف استفاده شده است.
    کلیدواژگان: ربات مار مانند، حرکت سرپنتین، سینماتیک، دینامیک، منحنی سرپنوید، بهینه سازی NSGA
  • محمد اسماعیلی ادبی، شهربانو فرخنده صفحات 75-80
    در این مقاله به بررسی معادلات ماکسول سه بعدی در نرم افزار Ansoft پرداخته شده است. راه حل های Ansoft بیشتر بر اساس معادلات ماکسول و تحلیل اجزای محدود (FEA) برنامه ریزی شده است. چنانکه تحلیل ساده ای جهت محاسبه نیروی مغناطیسی موجود میان دو قطب مغناطیسی همنام که مقابل یکدیگر قرار گرفته اند انجام گرفته و مدل سازی در نرم افزارAnsoft شرح داده و تاثیر پارامترهای مختلفی مانند جنس مواد و ابعاد هندسی بر مقدار نیروی مغناطیسی بررسی شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد که با در نظر گرفتن حالت خاصی از جنس مواد و ابعاد هندسی مقدار نیروی مغناطیسی 09133/18 نیوتن است. در پایان تعدادی انتخاب که می توانستند در نرم افزار Ansoft جهت نقشه کشی مدل و تحلیل استفاده شود استخراج گردید.
    کلیدواژگان: مغناطیسی، ماکسول، یاتاقان، مدل سازی، شبیه سازی، تحلیل اجزای محدود
  • سعید بهشتیان مسگران، محمد علی صادقی صفحات 81-94
    هدف از این تحقیق، تحلیل و بررسی فرایند آهنگری مرسوم چرخ دنده مخروطی با شماره مواد 7131/1 به روش المان محدود به کمک نرم افزار (SUPER FORGE) و مقایسه آن با آهنگری سرد دورانی بر اساس آزمایش های عملی است. بعد از انجام شبیه سازی بر روی آهنگری مرسوم و به دست آوردن تناژ پرس در روش آهنگری دورانی توسط نرم افزار DEFORM ، قالب های آهنگری اوربیتال ساخته شد. از آنجایی که تولید چرخدنده مخروطی به روش آهنگری مرسوم دارای سه مرحله پیش فرم است، پس فرایند آهنگری بایستی به روش آهنگری داغ صورت گیرد. اما در فرایند آهنگری اوربیتال، چرخ دنده مخروطی تنها در یک مرحله و به صورت آهنگری سرد تولید می شود. در انتها، ریز ساختار چرخ دنده های تولید شده به روش های آهنگری اوربیتال و ماشینکاری و ریز ساختار قالبها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل بیانگر این است که روش تولید قطعات قبل از انجام عملیات حرارتی تاثیر به سزایی بر ریز ساختار دارد. در آهنگری دورانی، میزان تناژ پرس به مراتب کمتر از تناژ در آهنگری مرسوم است و قدرت پرکنندگی حفره قالب از مواد خام در آهنگری دورانی به مراتب بیشتر از آهنگری مرسوم است. هندسه بیلت تاثیر به سزایی در پر کردن حفره قالب دارد.
    کلیدواژگان: آهنگری دورانی، آهنگری مرسوم، المان محدود، چرخ دنده مخروطی، ریز ساختار
|
  • Mostafa Ghayour, Mostafa Shariati, Nia Pages 1-20
    Mobile robots that consist of a mobile platform with one or many manipulators mounted on it are of great interest in a number of applications. Combination of platform and manipulator causes robot operates in extended work space. The analysis of these systems includes kinematics redundancy that makes more complicated problem. However, it gives more feasibility to robotic systems because of the existence of multiple solutions in specified workspace. This paper presents a methodology for generating paths and trajectories for both the mobile platform and a 3DOF manipulator mounted on it, in the presence of obstacles. Obstacles add kinematics constraint into optimization problem. The method employs smooth and continuous functions such as polynomials. The proposed method includes obtaining time history of motion of mobile robot. It is supposed obstacles can be enclosed in cylinders. Platform that has been used in this research is a differentially-driven platform. The core of the method is based on mapping the non-holonomic constraint to a space where it can be satisfied trivially. A suitable criterion can be used to solve an optimization problem to find the optimal solution. In this research, the problem of path planning with simultaneous optimization of kinematics and dynamic indices has been accomplished using genetic algorithm in order to find the global optimum solution. The validity of the methodology is demonstrated by using a differential-drive mobile manipulator system, and various simulations of platform with a spatial 3-link manipulator are presented to show the effectiveness of the presented method.
    Keywords: Mobile robots, Spatial manipulators, Non, holonomic platform, Trajectory planning, Genetic algorithms, Obstacle avoidance
  • M. Shafiee Alavijeh, H. Torabian, H. Amirabadi Pages 21-34
    The most prominent feature of sheet material forming process is an elastic recovery phenomenon during unloading which leads to springback and side wall curl. Therefore evaluation of springback and side wall curl is mandatory for production of precise products. In this paper, the effects of some parameters such as friction coefficient, sheet thickness, yield strength of sheet and blank-holder force on the springback and side wall curl in U-bending of DP600 steel alloy sheet has been investigated. The investigations have been done by computer simulation. In the simulations the ABAQUS finite element software has been used and the results compared to experimental ones. The finite element results have been validated from experimental results. After validation of FEM simulation via experimental results a powerful, rapid and efficient tool was introduced for investigating some important aspects and parameters of U-bending process such as blank-holder force, sheet thickness, yield strength of sheet and friction coefficient. MINITAB, a statistical software, was used to analyze finite element results. With the use of MINITAB, equations for prediction of springback and side wall curl radius by friction coefficient, sheet thickness, yield strength and blank-holder force were obtained.
    Keywords: Forming, simulation, Springback, Side wall curl, DP600 steel
  • Mehdi Bozorgi, Taher Azdast, Abdol Mohammad Rezavand Pages 35-40
    This study experimentally investigates the effect of processing parameters on mechanical properties of injection molded copolymer. This paper presents an experimental study on the effects of processing parameters including melt temperature, injection pressure and amount preliminary materials on tensile strength of injection molded copolymer PP-WGRT. Polypropylene (PP - supplied by T.P.C of Iran) was used as thermoplastic material. Semi-crystalline material, Maleic anhydride-grafted (MA-g) used as agent cross-linked. Also, melt temperature was changed between 180 to 220 (˚C) and injection pressure was changed between 400 to 800 Bars. The tensile properties of produced parts were measured according to ASTM D 638 – 02. Results showed that tensile strength of copolymer decreases if the amount of WGRT increases. Also, the tensile strength increases by increasing the melting temperature and injection pressure.
    Keywords: WGRT, mechanical properties, Tensile strength, Maleic anhydride, grafted, Injection molding
  • Firooz Bakhtiari, Nejad, Maysam Mirzaei, Mahdi Vahabi, Amirabolfazl Soratgar Pages 41-48
    Determination and analysis of vibration behavior of structures for at least first few natural frequencies and mode shapes needs several sensors to be connected at different non node points and exciting the structure at one point. Other method for determination of first few mode shapes is to excite several points of the structure at once and sensing the response from one point. Both methods need several force or accelerometer sensors. Excitation of the structure can be done by impulse from a hammer, electromagnetic, pneumatic, and acoustic or laser exciters. Other method for determination of mode shapes with only one accelerometer sensor and one force transducer is possible by a moving exciter with predetermined velocity. Force excitation can be from electromagnetic, hydraulic or pneumatic system. Pneumatic type of excitation which is clean and is sensitive to small changes is used to design a moving non touching exciter for structures. This type of exciter is useful for determination of vibration behavior of sensitive and fragile structures which hammer or touching electromagnetic system cannot be used. This paper presents a design and production of a pneumatic moving exciter of a structure. Excitation force can be impulse, step, ramp or harmonic with different speeds of moving excitation point. The system was used to excite a beam and results are verified with theoretical results.
    Keywords: Pneumatic exciter, Moving load, Impulse force, Harmonic force, Natural frequency, Mode shape
  • Ali Hassanzadeh, Jafar Eskandari.Jam, Saeid Shokrolahi Pages 49-56
    Structural health monitoring and damage detection is one of the most important subjects for mechanic and aerospace engineers. Structural fault can cause uncompensated problems for both human and environment. There are several methods for solving this problem, but the most useful methods are those which focuse on structural change in the vibrational properties. This paper presents a feasibility study on locating damage in circular cylindrical fiber-reinforced composite shells based on mode shape methods and the sensibility of different damage intensity. In view of the fact that damage detections based on shape mode which do not use unprepared data are less reliable, in comparison by other damage detection methods, and highly efficient method mentioned depended on accuracy of modal testing and data extraction. As a whole, this paper shows that among the methods which used damage oriented approach, the first hole with thickness of 4mm in the other stages are more able to detect damage detection.
    Keywords: Damage detection, Mode shape, Sensibility, fiber rein, forced composite
  • Hadi Kalani, Alireza Akbarzadeh Pages 57-74
    This paper starts with developing kinematic and dynamic model of a snake shape robot in serpentine locomotion and finishes with actual experimentation. At the beginning the symmetrical and unsymmetrical serpenoid curves are introduced. Kinematics and dynamics of a snake robot on flat and inclined surfaces are obtained for a general n-link robot. SimMechanics toolbox of MATLAB software is employed to simulate the snake robot. Effects of serpenoid curve parameters on joint torques and progression of the snake robot are also investigated. Results indicate that by increasing the inclination angle of the surface, link length and numbers of links, joint torques are increased. NSGA multi optimization method is next utilized to obtain the unsymmetrical curve parameters resulting in minimum joint torques and maximum snake progression. Optimal solutions are presented in the form of Pareto front optimal. The optimization shows that the required range of parameters of snake robot's body curve for higher progression and less torque, is limited. Additionally, it is shown that by employing the unsymmetrical serpenoid curves the efficiency of snake robot can be increased. Finally, FUM-Snake I robot is employed to validate the theoretical results on a flat surface. The experimental results show that the proposed kinematics and dynamics model are reasonable.
    Keywords: Snake, like robot, Serpentine locomotion, Kinematics, Dynamics, Serpenoid curve, NSGA Optimization
  • Mohammad Esmaeili Adabi, Shahrbanoo Farkhondeh Pages 75-80
    Maxwell 3D of Ansoft software were used for this study. Ansoft’s solutions are based on a more general program using Maxwell’s equations. A simple analysis has been done for calculating the magnetic force interacted between two magnets of similar poles facing each other. The modeling in Anosoft has been described.
    Keywords: Magnetic, Ansoft, Bearing, Maxwell, modeling, simulation
  • Saeed Beheshtian Mesgaran, Mohammad Ali Sadegh Pages 81-94
    The purpose of this research is to analyze the forging of bevel gears based on conventional forging method with material number 1.7131 with finite element method by means of SUPER FORGE software and to compare it with experimental cold orbital forging results.After doing simulation of conventional forging and obtaining press tonnage due to orbital forging method with DEFORM software, orbital forging dies are produced. Since bevel gears production based on conventional forging has three pre-form steps, so the forging process should be applied on the basis of hot forge. But in orbital forging process, bevel gear is produced in only one step which is cold forge. Finally, a comparison is done between microstructure of bevel gear which is produced by orbital forging and a bevel gear that is constructed through machining method and dies. Results obtained showed that the method of pieces production just before applying the heat treatment process have a high effectiveness on the microstructure. In orbital forging the tonnage of the levels are lower than conventional forging method and the capability of filling the mold’s cavity of raw materials in orbital forging is more than conventional forging method. The geometry of the billet have more affect on filling the mold’s cavity.
    Keywords: Orbital forging, Conventional Forging, finite element, Bevel gear, Microstructure