فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال چهل و دوم شماره 3 (زمستان 1389)
  • سال چهل و دوم شماره 3 (زمستان 1389)
  • تاریخ انتشار: 1389/12/05
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مقاله پژوهشی
  • رضا ندافی دشت بیاض، منصور کبگانیان صفحات 1-8
    در راستای توسعه کپسول های آندوسکوپی، در این مقاله طرح یک میکروروبات کپسولی شکل دارای پا با میکروعملگرهای پلیمر یونی کامپوزیت فلزی پیشنهاد می شود. ابتدا چگونگی حرکت میکروروبات توضیح داده می شود سپس ضمن در نظر گرفتن نیروهای سطحی اعمالی و میکروعملگر، میکروروبات مدل سازی دینامیکی می شود. نیروهای سطی شامل اصطکاک لغزشی، چسبندگی سطحی و چسبندگی ایستای و میکروعملگر پلیمری از نوع پلیمر یونی کامپوزیت فلزی است. رفتار زمانی میکروعملگر پلیمری بر اساس معادله ی مشخصه کوپل مکانیکی – الکتریکی و معادل سازی الکتریکی حجم ژل پلیمری مدل سازی شده است.
    نتایج حاصل از شبیه سازی مدل دینامیکی میکروروبات، نشان می دهد که بهترین زاویه نصب پاها 60 درجه، جرم مناسب میکروروبات 2 گرم و سرعت پیشروی 1 میلیمتر بر ثانیه می باشد.
    کلیدواژگان: میکروروبات، آندوسکوپی، میکروعملگر، پلیمر یونی کامپوزیت فلزی، چسبندگی ایستای، چسبندگی سطحی، ماژول
  • فرشاد برازنده، محمدصادق حیدرزاده، سیدمهدی رضاعی، محمد علی سادات، سیف دلیل صفایی صفحات 9-20
    بیشتر تمرکز تحقیقات انجام شده روی روباتهای مارشکل بر روی چگونگی ایجاد حرکت، کنترل و یا حل دینامیک روبات بوده است و تلاش کمتری در مطالعه ساختار بدن مار و اقتباس از ظرایف آن در طراحی شده است. در نتیجه روباتهای متحرک مارشکل ساخته شده تاکنون چیزی فراتر از یک نمونه آزمایشگاهی نیستند و هنوز پا به عرصه صنعت نگذاشته اند. هدف این مقاله، مطالعه آناتومی مار و ارائه راه کارهای تازه در طراحی روباتهای مارشکل است تا قابلیت تبدیل آنها به یک روبات صنعتی متحرک افزایش یابد. نتیجه این کار یافتن اثر آناتومی مار در کاهش گشتاور محرکها و طرز تولید نقاط تکیه گاهی در حرکت موجی کناری است که به طراحی روباتهای مارشکل بدون چرخ کمک می کند.
    کلیدواژگان: روبات مارسان، حرکت ماری شکل، کاهش گشتاور، آناتومی مار
  • محمد شیشه ساز، مهدی ملکی صفحات 21-28
    در این تحقیق تاثیر شکل سطح مقطع الیاف و فاصله ی بین آنها بر توزیع تنش در یک تک لایهی مرکب بررسی شده است. تک لایهی یاد شده تحت بارگذاری کششیP در راستای الیاف قرار داشته و حاوی ترکی متقارن است. دو تک لایهی مرکب که در یکی الیاف دارای مقطع مثلثی شکل و دیگری دارای مقطع مستطیلی شکل، در نظر گرفته شده است. با استفاده از مدل اصلاح شده که در آن ماتریس علاوه بر بار برشی، نیروی کششی را نیز تحمل می کند معادلات دیفرانسیلی- تفاضلی تعادل استخراج شده و میدان های تغییر مکان و نیرو در تک لایه تعیین شده اند. مقایسه ی نتایج حاصل از مدل شیرلگ با نتایج حاصل از مدل اصلاح شده، ضعف مدل شیرلگ را در بررسی صحیح توزیع تنش نشان می دهد. در مدل اصلاح شده، با افزایش فاصله فیبرها، تمرکز تنش در الیاف و ماکزیمم تنش برشی در ماتریس کاهش می یابد. همچنین، فیبرهای مثلثی شکل تنش برشی در ماتریس را بیش از الیاف دایره ای شکل کاهش می دهند. با کاهش زاویه مربوط به شکل، سطح مقطع الیاف مثلثی شکل، تنش برشی بدست آمده بیش از پیش کاهش یافته در حالی که ماکزیمم تنش کششی در الیاف ماکزیمم ثابت باقی می ماند. در صد کاهش در تنش برشی بین الیاف دایره ای و مثلثی شکل (q برابر 30 درجه) ، به ازاء کسری حجمی یک برابر 32 درصد است.
    کلیدواژگان: مواد مرکب، الیاف مثلثی شکل، تمرکز تنش، تنش برشی
  • حسن مسلمی نایینی، روح الله عزیزی تفتی، مهدی تاجداری صفحات 29-37
    شکل دهی غلتکی سرد یکی از فرآیندهای شکل دهی ورق های فلزی است که در آن ورق با عبور از بین یک سری غلتک های شکل دهی در ایستگاه های متوالی به طور پیوسته و ملایم خم شده و شکل نهایی را به خود می گیرد. با وجود سادگی ظاهری، به دلیل زیاد بودن کمیت های دخیل در فرآیند و اثر متقابل آنها، طراحی و کنترل فرآیند با چالش هایی درگیر است که پدیده برگشت فنری یکی از آن ها است.
    هدف اصلی در این مقاله، ارائه معیاری ساده برای برگشت فنری و بیان راه حلی برای دستیابی سریع به آن معیار است که شبکه عصبی مصنوعی به عنوان ابزاری قدرتمند برای نیل به این هدف انتخاب شد. شکل دهی غلتکی سرد برای مقطع کانالی شکل در ایستگاه اول، با نرم افزار مارک منتات[i] شبیه سازی شد و با استفاده از داده های به دست آمده از شبیه سازی، آموزش و امتحان شبکه عصبی انجام شد. مقایسه خروجی های شبکه عصبی با نتایج شبیه سازی اجزای محدود که در مجموعه داده های آموزشی موجود نیستند درستی عملکرد شبکه عصبی را به اثبات رساند.
    کلیدواژگان: شکل دهی غلتکی سرد، برگشت فنری، شبکه های عصبی مصنوعی، شبیه سازی اجزای محدود
  • مهرداد وحدتی صفحات 39-48
    یکی از روش های جدید پرداخت کاری با استفاده از نیروی مغناطیسی، براده برداری در محدوده نانومتر، پرداخت کاری سایشی مغناطیسی[i] ( MAF) می باشد. انرژی حاصل از میدان مغناطیسی، برای حرکت ابزار ساینده استفاده می گردد. با حرکت نسبی میدان مغناطیسی و قطعه کار، ذرات ساینده نیز به دنبال میدان مغناطیسی حرکت می کنند.
    در این پژوهش، فرآیند پرداخت کاری سایشی مغناطیسی معرفی و یک نمونه آزمایشگاهی از تجهیزات MAF برای کار روی سطوح مستوی طراحی و ساخته شده است. عوامل موثر بر صافی سطح تعیین و بهترین شرایط پرداخت کاری مشخص شده است. صافی سطح به عنوان هدف طراحی قرار گرفته و تلاش شده است تا کوچکترین مقادیر بدست آید. برخی عوامل تاثیر زیادی بر تغییرات صافی داشته و آن را به میزان چند ده نانومتر کاهش می دهد.
    نتایج این تحقیق نشان می دهد که افزایش سرعت دورانی قطبها اثر قابل توجهی در بهبود صافی سطح دارد. نوع، شکل و ابعاد ذرات ساینده باعث تغییر در صافی سطح خواهد شد. با افزایش زمان پرداخت کاری، بهبود در صافی سطح قابل توجه است. صافی سطح بدست آمده تحت بهترین شرایط 41/0 اندازه گیری گردید.
    کلیدواژگان: میدان مغناطیسی، ذرات ساینده، پرداخت نانومتریک، صافی سطح، آهن ربا
  • علی فتی، محمدرضا رازفر صفحات 49-59
    ماشینکاری فولادها به طور ذاتی دمای بالایی را تولید می کند؛ این دما علاوه بر کاهش عمر ابزار، باعث پایین آمدن کیفیت قطعه تولیدی می شود. از طرفی کاربرد مواد خنک کننده به سلامتی اپراتور آسیب می رساند و باعث آلودگی محیط زیست می شود. در این مقاله ماشینکاری در شرایط خشک توسط ابزار کاربایدی بر روی فولاد (st37) انجام شد و برای به دست آوردن دمای منطقه تماس ابزار- براده از دو
    روش
    ترموکوپل جایگذاری شده در ابزار و دوربین مادون قرمز استفاده شد. نتایج تجربی با نتایج نرم افزارهای سوپرفرم و فلوئنت مقایسه شده است. با ثابت نگاه داشتن هندسه ابزار و تغییر در پارامترهای سرعت برش، نرخ پیشروی و عمق برش و مقادیر حرارت ایجاد شده در ابزار مورد مطالعه قرار گرفت. سپس به کمک نتایج تجربی حاصل از ترموکوپل با روش طراحی آزمایش و توسط آنالیز رگرسیون، فرمول تخمین دمای سطح ابزار به دست آمد و نشان داده شد که اثر افزایش سرعت برشی، پیشروی، عمق برش و اثر دو طرفه سرعت برشی و پیشروی، به ترتیب بیشترین تاثیر را بر دمای سطح ابزار دارند. همچنین تاثیر پارامترهای سرعت برش و پیشروی همزمان با دما بر روی نیروهای ماشینکاری مورد بررسی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: دمای برش، روش ترموکوپل، توزیع دما، براده برداری عمودی، المان محدود
  • رضا توکلی مقدم، آزاده نصری صفحات 61-72
    در این مقاله، یک مدل برنامه ریزی ریاضی عدد صحیح مختلط دو معیاره برای زمان بندی سلول ها و قطعات در هر سلول به طور همزمان در یک سیستم تولید سلولی[i](CMS) ارائه می شود. هدف این مدل، کمینه کردن زمان کل تکمیل ساخت قطعات و حرکت بین سلولی قطعات با در نظر گرفتن زمان های راه اندازی وابسته به توالی خانواده قطعهاختصاص یافته به سلول ها می باشد. در طراحی و برنامه ریزی سیستم تولید سلولی، سه مرحله اصلی می بایست مد نظر قرار گیرد که شامل تشکیل سلول، استقرار سلول ها و ماشین ها، و زمان بندی آنها است. از آنجا که این مدل پیشنهادی و مساله زمانبندی CMS جزء مسایل چندجمله ای نامعین سخت[ii] است، از الگوریتم ژنتیک[iii](GA) به عنوان یکی از روش های فراابتکاری کارامد برای حل مدل استفاده می شود. در پایان برای نشان دادن کارایی این الگوریتم پیشنهادی، چند مساله نمونه حل شده، نتایج محاسباتی مربوطه با نتایج به دست آمده به کمک یک ابزار بهینه ساز مورد مقایسه قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: زمان بندی، سیستم تولید سلولی، زمان های آماده سازی وابسته به توالی، الگوریتم ژنتیک
  • فرزاد بهرامی، قاسم مصلحی صفحات 73-85
    در این مقاله، مساله تعیین همزمان مکان، زمان و مقدار پرداخت ها در مسائل زمان بندی پروژه با هدف بیشینه کردن ارزش خالص فعلی جریان های نقدی پروژه مد نظر قرار گرفته است. با توجه به طبیعت پیچیده این مساله، از یک روش ابتکاری دو مرحله ای تکرار شونده استفاده شده است؛ به طوری که در مرحله اول با تثبیت زمان بندی فعالیت ها، زمان بندی پرداخت ها تعیین می گردد؛ در مرحله دوم با تثبیت مکان و مقدار پرداخت ها، با هدف بیشینه کردن ارزش خالص فعلی پیمانکار، فعالیت ها دوباره زمان بندی می شوند. این دو مرحله تا زمان رسیدن به جواب های ایده آل تکرار می گردند. در مرحله اول، دو رویکرد مد نظر قرار دارد؛ بیشینه کردن ارزش خالص فعلی پیمانکار و بیشینه کردن ارزش خالص فعلی کارفرما و دو الگوریتم فرا ابتکاری بر مبنای الگوریتم ژنتیک و شبیه سازی ذوب و انجماد تدریجی طراحی و پس از تنظیم پارامترها با هم مقایسه شده اند. با استفاده از مسائل استاندارد 120 فعالیتی، اجرای روش به طور کامل بررسی و تاثیر پارامترهای مدل بر روی ارزش خالص فعلی و زمان تکمیل هر دو هدف ارائه می گردد. همچنین تاثیر مرحله دوم در امکان پذیر کردن پروژه ها و بهبود وضعیت پیمانکار بررسی و نشان داده شده است که روش پیشنهادی در تکرارهای متوالی، قادر است به جوابهایی ناچیره دست یابد.
    کلیدواژگان: مدیریت پروژه، زمان بندی پرداخت، ارزش خالص فعلی، الگوریتم های فرا ابتکاری، جواب ناچیره
|
  • R. Nadafi D. B., M. Kabganian Pages 1-8
    For developing of endoscopic Capsular, a design of legged capsular microrobot with ionic polymer metal composite actuator is suggested in this paper. First locomotion of microrobot is explained then microrobot is modeled by envisage exerting surface forces and microactuator. Surface forces contain slip-friction, surface adhesion and resting adhesion and polymeric microactuator is ionic polymer metal composite. Time variant response of polymeric microactuator is modeled fundamental of coupled electromechanical equation and electric equivalent bulk gel polymeric.
    Result simulation of dynamical model microrobot shows that best installation angle of legs is 60 degree, proper mass of microrobot is 2g and speed marching is 1 millimeter per second.
    Keywords: Microrobot, Endoscopy, Microactuator, Ionic Polymer Metal Composite, Resting Adhesion, Surface Adhesion, Modul
  • F. Barazandeh Heydarzadeh, S.M. Rezaei, M.A. Sadat, S. Dalilsafaei Pages 9-20
    The main concentration of most of the snake robot researches has been on mechanism, control or dynamics. They have rarely focused on snake anatomy to adopt it in design. So far, snake robots are nothing more than an experimental prototype. They have not yet converted to an industrial mobile robot. This paper focuses on snake anatomy to employ its principle in the design of snake robots and increase their chance of being industrial mobile robots. The result was to find the impact of snake anatomy to reduce actuator's torque, as well as the way peg points are established during serpentine motion. This finding will help to remove wheels under snake robots.
    Keywords: Snake robot, snake movement, torque reduction, snake anatomy
  • M. Shishesaz, M. Maleki Pages 21-28
    The effect of inter-fiber spacing and shape on stress distribution is studied in a composite monolayer. The lamina is subjected to an internal crack while loaded by a force P along the fibers at infinity. Two models are postulated. In the first, fibers have circular cross section while in the second, a triangular shape is considered. By direct application of modified shear – lag model, the differential equations of equilibrium are derived and solved for displacements and stress fields. The results show that the ordinary shear – lag model can not well predict the stress distribution within the lamina. The modified model shows a noticeable decrease in both types of stresses once fiber spacing and shape are changed. This reduction is more pronounced for triangular fibers where a decrease in causes more reduction in maximum shear stresses and no change in fiber normal stresses. The reduction in peak shear stress appears to be 32 percent for volume fraction of one at q = 30o.
    Keywords: Composite materials, triangular fibers, stress concentration, shear stress
  • H. Moslemi Naieni, R. Azizi Tafti, M. Tajdari Pages 29-37
    Cold roll forming is a sheet metal forming process in whichthe bending occurs gradually in several forming steps from an undeformed strip to a finishedprofile. Althoughsimple appearance, the process is influenced by several parametersthat complicate the process design and control such as springback.
    The main purpose in this article is to determine a simple criterion for the springback and to introduce a fast solution to obtain it and therefore artificial neural network was proposed for achiving this goal. Cold roll forming of a channel section in the first station was simulated by a commercial package named “Msc Marc Mentat”. The data obtained from the finite element simulations were used as training and testingsetsfor neural networks. Perfect performance of neural network was proved when the neural network outputs were compared with the testing set that did not exist in the training set.
    Keywords: Cold Roll Forming, springback, Artificial Neural Networks, Finite element simulation
  • M. Vahdati Pages 39-48
    The need for mirror-finished surfaces has grown rapidly in recent years. This is due to improvements of new products application in high technology industries. New requirements urge new production methods. One of which, in the field of machining technology, is Magnetic Abrasive Finishing. This results in surface roughness of materials in the order of sub-micron and nano level. The technology is based on the magnetic field force, which is exerted on the abrasive powder and runs the powder tool on the surface of work piece.
    The process was applied to flat planes. A special apparatus was designed and made for implementation of experiments. Many properties of different factors affecting this process were examined and their influence on the surface roughness was cleared.
    Keywords: Magnetic abrasive finishing, Nano Machining, Magnets, surface roughness, Abrasive Tool, Magnetic Field
  • A. Fata, M.R. Razfar Pages 49-59
    Machining of steel inherently generates high cutting temperature, which not only reduces tool life but also impairs the product quality. Further, the lubricant effect deteriorate the working environment and lead to general environmental pollution. In this work, the cutting tool used is uncoated carbide insert with st37 steel as workpiece material to measure the temperature of the tool-chip interface in dry turning. Two different approaches are implemented for temperature measuring: an embedded thermocouple into the cutting tool and infrared camera. Comparisons are made between experimental and FE results. The influence of cutting speed, feed rate and depth of cut on the temperature are investigated. Afterwards, an expression for the effects of cutting conditions on tool temperature are determined using a design of experiment developed by factorial regression method. With the aid of experimental results is concluded that the main factors of the increasing cutting temperature are, cutting speed, feed rate and depth of cut respectively, It is also determined that interaction between cutting speed and feed rate has maximum effect on increasing in cutting temperature.
    Keywords: Cutting temperature, thermocouple method, Temperature Distribution, Orthogonal cutting, finite element
  • R. Tavakkoli, Moghaddam, A. Nasri Pages 61-72
    This paper presents a new, bi-criteria mixed-integer programming model for scheduling cells (part families) and parts within each cell in a manufacturing cellular system. The objective of this model is to minimize the makespan and inter-cell movements simultaneously, while considering sequence-dependent cell setup times. In the CMS design and planning, three main steps must be considered, namely cell formation (i.e., part families and machine grouping), inter and intra-cell layouts, and scheduling issue. Due to the NP-hardness of the proposed model and the scheduling problem in the CMS, a genetic algorithm (GA) as an efficient meta-heuristic method is proposed to solve such a hard problem. Finally, a number of test problems are solved to show the efficiency of the proposed GA and the related computational results are compared with the results obtained by the use of an optimization tool.
    Keywords: Scheduling, Cellular Manufacturing System, Sequence, Dependent Setup Times, Genetic Algorithm
  • F. Bahrami, G. Moslehi Pages 73-85
    In this paper, we consider the problem of simultaneously determining the amount, timing and location of progress payments in projects to maximize NPV of the cash flows. Due to the combinatorial nature of the problem, for the first time, we propose an iterative two-stage heuristics where payment scheduling is determined in the first stage ones activities are fixed, and in the second stage activities are rescheduled to improve contractor NPV by fixing the amount and location of payment scheduling. The two stages iterate up to achieve ideal solutions. In the first stage, two objects are considered; maximization of contractor NPV and maximization of client NPV. Two Meta heuristics; genetic algorithm and simulated annealing are designed and the results are compared. By standard test problems with 120 activities, whole performances of the algorithm is considered and effect of model parameters on NPV and completion time for both objective functions is measured. In addition, effect of the second stage on project feasibility and contractor improvement is considered. The result shows that the proposed algorithm is able to achieve non-dominated solutions in consequential iterations.
    Keywords: Project management, Payment Scheduling, Net present value, Meta heuristics, Non, dominated solution