فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال شانزدهم شماره 9 (آذر 1395)
  • سال شانزدهم شماره 9 (آذر 1395)
  • تاریخ انتشار: 1395/08/19
  • تعداد عناوین: 48
|
  • مقاله پژوهشی کامل
  • روح الله طالبی توتی *، امیرمحمد چوداری خامنه صفحات 1-11
    در این مقاله، افت انتقال صوت در پوسته های استوانه ای دوجداره ی ارتوتروپیک بر مبنای تئوری الاستیسیته ی سه بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این مقاله، بررسی تاثیر برخورد موج آکوستیکی، تحت دو زاویه ی مختلف، بر افت انتقال صوت پوسته می باشد. مدل ارائه شده در این مقاله، یک پوسته ی استوانه ای ارتوتروپیک دوجداره با طول بی نهایت و غوطه ور در سیال می باشد، که یک موج آکوستیکی صفحه ای تحت دو زاویه ی θ و δ به سطح خارجی آن برخورد می نماید. به جهت مدلسازی هر دو جداره ی پوسته ی استوانه ای، از روش فضای حالت و به کارگیری روش مدل لایه ای تقریبی به همراه رویکرد ماتریس انتقال، بهره گیری شده است. همچنین به دلیل برخورد موج صفحه ای تحت دو زاویه ی θ و δ، معادلات انتشار امواج با در نظر گرفتن این دو زاویه بازنویسی شده اند. مقایسه ی نتایج حاصله با نتایج سایر محققان، بر دقت و صحت مدل ارائه شده در این مقاله صحه گذاری می نمایند. علاوه بر این، به منظور بررسی دقیق تر افت انتقال صوت از این پوسته ها، پارامترهای مختلفی که در میزان افت انتقال صوت موثر می باشند مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهند که میزان افت انتقال صوت در پوسته های استوانه ای دوجداره نسبت به پوسته های استوانه ای تک جداره، به خصوص در فرکانس های بالا، بیشتر می باشد. همچنین میزان افت انتقال صوت وابسته به هر دو زاویه ی θ و δ می باشد. به نحوی که تغییر در هریک از این زوایا، سبب تغییر در افت انتقال صوت سازه می شود.
    کلیدواژگان: افت انتقال صوت، الاستیسیته ی سه بعدی، ارتوتروپیک دوجداره، روش فضای حالت، ماتریس انتقال
  • محرم حبیب نژاد کورایم*، حسن اصلانی پایان، احمد همایونی، روزبه نوحی حفظ آباد صفحات 12-18
    در این مقاله به مدل سازی و شبیه سازی فرآیند منیپولیشن نانوذرات کربنی پرداخته شده است. از آن جایی که در منیپولیشن نانوذرات، هندسه نقش مهمی در رفتار دینامیکی بازی می کند؛ بررسی اشکال هندسی مختلف نانوذرات در این فرآیند حائز اهمیت است. به منظور بررسی تاثیرات هندسی، منیپولیشن چهار آلوتروپ کربنی با جرم برابر انجام شد و تاثیر قطر نانولوله های کربنی با طول های یکسان در این فرآیند مورد مطالعه قرار گرفت. به این منظور از روش دینامیک مولکولی که متناسب با ابعاد سیستم مورد مطالعه است استفاده شد تا درک صحیحی از فرآیند منیپولیشن و دینامیک آن ارائه دهد. در مطالعه ی منیپولیشن آلوتروپ های کربنی با جرم یکسان مشخص شد که هرچه آلوتروپ از حالت کروی شکل خارج شود، روند منیپولیشن تسهیل می گردد و نیروی وارد بر سوزن کاهش خواهد یافت. می توان علت این امر را در انحنای سطح تماس سوزن و نانوذره جستجو نمود. در فرآیند منیپولیشن نانولوله با قطرهای مختلف، افزایش قطر نانولوله سبب تغییر در نیروی وارد شده بر سوزن و افزایش مقدار آن می گردد. مقدار عمق نفوذ در طی فرآیند منیپولیشن برای هر نانولوله استخراج شد، نتایج نشان داد که با افزایش قطر نانولوله، مقدار عمق نفوذ افزایش می یابد. ازآنجایی که آلوتروپ های کربنی به عنوان حامل های داروئی کاربرد دارند، نتایج این مطالعه در بهبود فرآیندهای عملی و کاهش هزینه های آزمایشگاهی قابل استفاده است.
    کلیدواژگان: منیپولیشن، نانورباتیک، دینامیک مولکولی، آلوتروپ های کربنی، اثرات هندسی
  • وحید تیکنی، حامد شهبازی* صفحات 19-28
    این مقاله یک مدل کنترلی کاملا عملی و سخت افزاری برای پرنده چهار روتور ارائه می کند. مدلسازی کوادروتور با استفاده از روابط اویلر-نیوتون بیان می شود. برای پایدارسازی و کنترل کوادروتور یک کنترلر کلاسیک PID طراحی و پیاده سازی شده و از یک کنترلر فازی برای تنظیم ضرایب کنترلی استفاده می شود. با توجه به اینکه کوادروتور یک سیستم غیرخطی است استفاده از کنترلرهای کلاسیک برای پایدار سازی آن به اندازه کافی موثر نخواهد بود، از این رو استفاده از سیستم فازی که از جمله کنترلرهای غیرخطی به شمار می رود برای این سیستم غیرخطی موثر خواهد بود. سیستم فازی با توجه به مقدار مطلوب منظور شده برای کوادروتور بهره های کنترلی را به منظور بهبود عملکرد کوادروتور تنظیم می کند و نتایج بهتری نسبت به کنترلر کلاسیک PID درپی دارد. یک مجموعه آزمایشگاهی شامل حسگرهای شتاب سنج و ژیروسکوپ به همراه میکروکنترلر برای پیاده سازی کنترلر زاویه ای فازی PID طراحی و ساخته شده است. با توجه به اینکه داده های آزمایشگاهی دارای خطا و نویز هستند از فیلتر کالمن برای کاهش نویز حسگر استفاده شده است. در نهایت استفاده از فیلتر کالمن برای فیلتر داده های آزمایشگاهی منجر به کنترل زاویه ای مناسب مجموعه شده است.
    کلیدواژگان: کنترلر فازی PID، کوادروتور، فیلتر کالمن، سیستم فازی، کنترلر زاویه ای
  • سعید امینی *، علیرضا عباسی، قنبرعلی شیخ زاده صفحات 29-36
    در این تحقیق به استفاده از فنآوری کوبش التراسونیک بر فولاد گرافیتی (GSH48) غلتک های نورد جهت بهبود برخی خواص مکانیکی سطح پرداخته شد. فنآوری کوبش التراسونیک، یکی از فنآوری های جدید تغییر شکل پلاستیک شدید است که در آن ابزار ارتعاشی با حرکات رفت و برگشتی مداوم خود به سطح قطعه کار ضربه می زند و موجب تغییر شکل پلاستیک شدید در سطح می گردد. این روش خواص مکانیکی از جمله سختی، صافی سطح، طول عمر خستگی، استحکام کششی را بهبود می دهد. با شبیه سازی و ساخت ابزار ارتعاشی التراسونیک، آماده سازی فرآیند شامل نصب ابزار ارتعاشی التراسونیک بر روی دستگاه تراش انجام گرفت. بررسی آزمایش های سختی، صافی سطح، خستگی و استحکام کششی بر روی قطعات در حالت های مختلف بدون عملیات کوبش التراسونیک و بعد از عملیات کوبش التراسونیک با یک، دو و سه پاس انجام گرفت. نتایج حاکی از افزایش سختی به میزان 36 درصد تا عمق mm 2/0 از سطح و افزایش صافی سطح از μm 376/1 به μm545/0 بر روی سطح می باشد. بیشترین افزایش صافی سطح و عمر خستگی در قطعات با سه پاس کوبش التراسونیک مشاهده شد.
    کلیدواژگان: فنآوری کوبش التراسونیک، هورن، مبدل، آباکوس، خواص مکانیکی
  • منصور بقاییان، علی اکبر اکبری* صفحات 37-46
    بکارگیری کنترل مقاوم تطبیقی فازی در بهبود پایداری خودرو مورد توجه اخیر محققان می باشد. در این مقاله کاربرد این کنترلر درمدل غیر خطی سیستم های تعلیق هندسه متغیر و جابجایی نقطه اتصال طبق به بدنه مورد مطالعه می باشد. با قرارگیری روابط سینماتیکی یک سیستم تعلیق طبق دار دوبل، در روابط 8 درجه آزادی فرمانپذیری خودرو، مدل غیر خطی سیستم تعلیق هندسه متغیر ایجاد می شود. انتخاب کنترلر مناسب، بدلیل محدودیت فضا در محل جابجایی نقطه اتصال طبق سیستم تعلیق به بدنه ضروری می باشد، لذا در این مقاله کنترلرمناسب از بین سه کنترل PID، تطبیقی فازی و مقاوم تطبیقی فازی مشخص می شود. به کمک تئوری لیاپانوف، قوانین تطبیقی به منظور پایداری سیستم انتخاب می شوند. نتایج برای دو تست استاندارد نشان داد انتگرال مربعات خطا در کنترلر مقاوم تطبیقی فازی نسبت به دو کنترلر PID و کنترلر تطبیقی فازی کاهش نشان می دهد. همچنین جابجایی نقطه اتصال طبق سیستم تعلیق در کنترل مقاوم تطبیقی فازی خیلی کمتر از دو کنترلر دیگر و مخصوصا PID می باشد. نتایج استفاده از کنترل مقاوم تطبیقی فازی نشان داد که به کمک این کنترلر، پایداری خودرو و مقاوم بودن سیستم افزایش داشته و همچنین پاسخ های نرمتری تولید می شود.
    کلیدواژگان: کنترل مقاوم تطبیقی فازی، سیستم تعلیق هندسه متغیر، مدل جدید غیر خطی سیستم تعلیق هندسه متغیر، پایداری خودرو
  • زهرا متین قهفرخی، مهدی مقیمی زند، مهدی سلمانی تهرانی* صفحات 47-56
    این مقاله به مطالعه و تدوین مدل ساختاری مناسب برای توصیف رفتار مکانیکی بافت کبد می پردازد. برای این منظور تغییرشکل بافت کبد در آزمون فشار تک محوره، بر اساس دو مدل ساختاری هایپرالاستیک و هایپرویسکوالاستیک، به ازای دو نرخ کرنش متفاوت، به صورت تحلیلی و عددی مطالعه و بررسی شده است. مدل ها بر پایه تابع انرژی چندجمله ای استخراج و ضریب های معادله ساختاری با استفاده از برازش نمودار تنش-کرنش حاصل از این دو مدل بر نتایج تجربی موجود، به دست آمده اند. هم چنین برای تعیین رفتار بافت در شرایط بارگذاری دیگر، مدل ها برای بارگذاری کشش تک محوره و برش نیز بررسی شده اند. شبیه سازی های عددی با استفاده از نرم افزار آباکوس، که هر دو مدل در آن به صورت پیش فرض وجود دارند، انجام شده اند. به منظور اعتبارسنجی روش های نظری، نتایج حل تحلیلی و شبیه سازی اجزای محدود با یکدیگر و هم چنین با داده های تجربی موجود مقایسه شد. بررسی نتایج نشان می دهد حل تحلیلی و شبیه سازی عددی انجام شده برای پیش بینی رفتار بافت کبد، تقریبا بر هم منطبق و به علاوه در مقایسه با نتایج تجربی، از دقت خوبی برخوردار بوده و مدل ها دارای پایداری قابل قبولی هستند. آن گاه اثر ضریب اصطکاک بین نمونه و صفحه فشارنده بررسی شده است. نتایج نشان می دهند با افزایش ضریب اصطکاک، تنش ایجاد شده افزایش می یابد. بنابراین پیش بینی دقیق تر رفتار بافت مستلزم انتخاب صحیح ضریب اصطکاک است. معادله های ساختاری انتخاب شده برای پیش بینی رفتار کبد، به دلیل غیرصفر بودن تمامی ثابت های مادی، در مقایسه با پژوهش های مشابه برای بافت های دیگر، از لحاظ ریاضی پیچیده تر بوده و حل تحلیلی آن چالش و نوآوری اصلی این مقاله به شمار می رود.
    کلیدواژگان: بافت نرم کبد، رفتار مکانیکی، حل تحلیلی، شبیه سازی اجزای محدود، مدل هایپرویسکوالاستیک
  • رحمن سیفی*، کاوه عباسی صفحات 57-64
    اتصالات تداخلی برای برقراری اتصال بوش به شفت در صنعت کاربرد زیادی داشته و اغلب در محل وجود تکیه گاه ها و یاتاقان های ماشین ها از این نوع اتصالات برای حمل بار اجزاء ماشین استفاده می گردد. معمولا برای انجام تعمیرات ماشین ها فرآیند دمونتاژ نمودن بوش و شفت به دفعات انجام می گیرد. بسته به میزان زبری و کیفیت سطح اجزاء اتصال، ممکن است در زمان فرآیند تخریب در سطح قطعات رخ دهد. قطعه بوش معمولا از نوع مصرفی است، اما قطعه شفت معمولا قطعه ای یکپارچه و طویل است که دیگر اجزاء ماشین بر روی آن سوار می گردند. بنابراین ارائه روشی برای ترمیم سطح شفت می تواند بسیار ضروری و مفید باشد و منجر به بازیابی شفت های تخریب شده و کاهش هزینه ها گردد. در این پژوهش ابتدا تاثیر زبری سطح تداخل بر روی استحکام اتصال، ضریب اصطکاک در سطح تداخل و تخریب سطح اتصال، در حین فرآیند دمونتاژ نمودن بررسی شده است. تحلیل اجزاء محدود و بررسی های تجربی، برای تخمین ضریب اصطکاک در سطح اتصال، انجام گرفته است. همچنین برای بررسی میزان تخریب در سطح تداخل و در حین دمونتاژ نمودن اجزاء اتصال از تصاویر بزرگنمایی شده سطح تداخل پس از دمونتاژ نمودن اتصال استفاده شده است. در ادامه روش آبکاری کروم سخت برای ترمیم سطح شفت پیشنهاد گردید و به صورت تجربی تاثیر آبکاری کروم سخت بر روی استحکام اتصال بررسی شده است. نتایج نشان دهنده استفاده موفق از آبکاری کروم سخت برای ترمیم سطح شفت است به نحوی که استحکام اتصال در قطعات ترمیم شده معادل و حتی بیش از اتصال اولیه بود.
    کلیدواژگان: اتصال تداخلی، تحلیل اجزا محدود، استحکام استخراج، آبکاری کروم سخت
  • محسن نظری*، آتنا قادری، محمدحسن کیهانی صفحات 65-76
    در مقاله حاضر، سقوط قطره سیال فرو در سیال غیر مغناطیسی تحت اثر میدان مغناطیسی یکنواخت در جریان دوفازی به صورت عددی مطالعه می شود. برای این منظور، از روش ترکیبی شبکه بولتزمن مدل شان- چن و روش حجم محدود استفاده شده است. معادله شبکه بولتزمن با استفاده از اضافه کردن ترم نیروی مغناطیسی جهت به روزرسانی میدان جریان حل می شود، در حالیکه معادله القاء مغناطیسی به روش حجم محدود برای محاسبه میدان مغناطیسی حل خواهد شد. برای اعتبارسنجی حل میدان جریان، مدل مورد نظر توسط آزمون های معروف آزمایش لاپلاس و صعود آزادانه حباب مورد امتحان قرار گرفته است. به منظور اعتبارسنجی میدان مغناطیسی، خطوط پتانسیل مغناطیسی عبوری از دایره نفوذپذیر و تغییر شکل قطره سیال فرو ساکن تحت میدان مغناطیسی شبیه سازی شده است. نتایج عددی مطالعه حاضر با داده های تجربی و عددی محققین قبلی، مقایسه شده و تطابق خوبی مشاهده شده است. تاثیر عدد باند مغناطیسی، ضریب نفوذپذیری مغناطیسی و جهت میدان مغناطیسی بر روی سقوط قطره سیال فرو مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که هرچه عدد باند مغناطیسی یا قابلیت نفوذپذیری مغناطیسی بیشتر باشد، قطره در راستای میدان تغییر شکل بیشتری می دهد. همچنین اگر راستای میدان مغناطیسی عمودی باشد قطره سریعتر سقوط می کند در حالیکه میدان مغناطیسی افقی سقوط قطره را به تاخیر می اندازد.
    کلیدواژگان: جریان دوفازی، روش شبکه بولتزمن، مدل شان، چن، فروسیال، میدان مغناطیسی یکنواخت
  • محسن بوجاری، اسمعیل محمودی*، علی عباس نژاد، ساسان سرمست صفحات 77-86
    توربین های بادی، از سازه های پیچیده در مبحث شبیه سازی عددی جریان می باشند. از سوی دیگر، گسترش روزافزون کاربرد انرژی بادی در جهان، منجر به ایجاد تقاضا برای به کارگیری مدل های دقیق تر و با کارایی بیشتر برای شبیه سازی توربین ها شده است. پسبادهای به وجود آمده توسط توربین بادی تاثیر قابل توجهی بر کاهش توان-خروجی و ایجاد پدیده خستگی در پره ها دارند و بنابراین، مطالعه آن ها از اهمیت زیادی برخوردار است. روش خط عملگر، یکی از دقیق ترین مدل ها جهت تحلیل میدان جریان و پسبادهای جریان آشفته می باشد که نیاز به حل جریان در داخل لایه مرزی ندارد و به همین دلیل نسبت به مدل روتور کامل کارایی بیشتری دارد. در این روش می توان با دقت بالایی به مدل سازی اثرات یک توربین در جریان باد بدون نیاز به ساخت مدل هندسی از روتور توربین و فقط با استفاده از پارامترهای توربین پرداخت. در این مقاله، با پیاده سازی روش خط عملگر در نرم افزار اپن فوم و نیز با استفاده از روشی نوین جهت توزیع نیروی اعمالی بر خطوط عملگر، مدل سازی توربین بادی آزمون مکزیکو انجام شده است. همچنین به منظور تحلیل میدان جریان اطراف توربین، از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ استفاده شده است. شبیه سازی برای دو حالت مختلف شامل حالت شرایط طراحی و حالت واماندگی صورت گرفت. نتایج حاصل از شبیه سازی و تخمین پسبادها و پارامترهای عملکردی توربین، با داده های آزمون تجربی مقایسه و همگرایی خوبی مشاهده شد. نتایج پارامترهای عملکردی حالت واماندگی در توافق بهتری با داده های تجربی بودند به طوری که نیروی رانش با 8.5 درصد و گشتاور و توان خروجی توربین به ترتیب با 2.8 و 2.4 درصد اختلاف، پیش بینی شدند.
    کلیدواژگان: خط عملگر، پسباد، شبیه سازی گردابه های بزرگ، توربین مکزیکو
  • مهدی معرفت*، سهراب طهماسبی، محمدرضا انصاری صفحات 87-96
    دو پارامتر اساسی، عدد فرود و میزان ضریب گاز دمشی در تشکیل ابرکاواک دمشی بسیار موثر می باشند. هدف از ارائه این مقاله بررسی عددی رفتار متفاوت برون روی گاز دمشی در ساختار ابرکاواک دمشی است، که با نتایج تجربی مقایسه می گردد. شبیه سازی عددی با استفاده از نرم افزار فلوئنت، مدل مخلوط همگن با احتساب سرعت لغزشی برای هر فاز، و مدل اغتشاش ترکیبی(DES) با در نظر گرفتن نیروی جاذبه انجام پذیرفت. نتایج نشان می دهد، در اعداد فرود مختلف، وقتی که ضریب گاز دمشی Qv ثابت است، دو مکانیزم برون روی گاز دمشی به وجود می آید، الف) گردابه استوانه ای پیچشی، که مخلوطی از گاز دمشی و بخارآب بوده و در امتداد جسم تشکیل می گردد. ب) دو گردابه لوله ای توخالی که شامل گاز دمشی می باشد و در امتداد جسم، به سمت بالا متمایل می گردد . با افزایش عدد فرود، کاواک از حالت دو گردابه لوله ای توخالی به حالت گردابه استوانه ای پیچشی تغییر حالت می دهد. وقتی که عدد فرود ثابت است، با افزایش میزان ضریب گاز دمشی کاواک بزرگ می شود و نیروی جاذبه بر شکل کاواک تاثیر می گذارد. مدل اغتشاش (DES) که از ترکیب دو مدل اغتشاش ) (SST k – ω و مدل (LES) می باشد در شبیه سازی دو گردابه لوله ای توخالی مناسب می باشد.
    کلیدواژگان: جریان کاواک دمشی، رفتار برون روی گاز، ابرکاواک
  • رامین مشک آبادی، قادر فرجی*، وحید پویافر، اکبر جاودانی صفحات 97-106
    آلیاژهای فلزی در محدوده دمای نیمه جامد رفتار رئولوژیکی مشابه سیالات غیر نیوتنی نشان می دهند. چنین رفتاری را می توان با استفاده از مدل های رئولوژیکی توصیف نموده و برای تعیین پارامتر های این مدل ها از روش های ویسکومتری معمول استفاده نمود. در این تحقیق، ویسکوزیته آلیاژ نیمه جامد آلومینیوم 7075 با استفاده از نتایج سیگنال های نیرو – جابجائی حاصل از دو آزمون فشار در بین صفحات موازی و اکستروژن معکوس اندازه گیری شد و برای تعیین پارامتر های مدل کراس در محدوده وسیعی از نرخ برش مورد استفاده قرار گرفت. تاثیر پارامتر های نرخ برش و دما (میزان کسر جامد) بر روی ویسکوزیته آلیاژ بررسی گردید. مشاهده گردید که رفتار این آلیاژ در محدوده نیمه جامد از نوع رقیق شونده برشی است که در آن با افزایش نرخ برش مقدار ویسکوزیته کاهش می یابد. همچنین با افزایش دما مقدار ماکزیمم نیروی وارده به دلیل کاهش میزان کسر جامد و کاهش مقاومت در برابر سیلان ناشی از آن کاهش می یابد که سبب کاهش مقدار ویسکوزیته می گردد. نتایج نشان داد که مقادیر ویسکوزیته محاسبه شده توسط مدل چهارپارامتری کراس در مطابقت خوبی با نتایج تجربی به دست آمده در محدوده وسیعی از نرخ برش می باشد. همچنین نتایج شبیه سازی صورت گرفته نشانگر عملکرد بسیار خوب مدل ارائه شده برای پیش بینی خواص رئولوژیکی و رفتار سیلانی آلیاژ نیمه جامد در محدوده وسیعی از نرخ برش می باشد.
    کلیدواژگان: آلیاژ آلومینیوم 7075، آزمون فشار در بین صفحات موازی، آزمون اکستروژن معکوس، مدل کراس، شکل دهی نیمه جامد
  • مرتضی زادکرمی، مهدی شهبازیان*، کریم سلحشور صفحات 107-112
    نشتی های خط لوله نفت اگر مورد توجه واقع نشود می تواند منجر به خسارت های بزرگی گردد. اولین گام برای مقابله موثر با این نشتی ها، تشخیص محل وقوع آن ها است. در مقاله ی حاضر یک روش جدید آشکارسازی و جداسازی عیوب (FDI) مبتنی بر داده پیشنهاد می شود که نه تنها قادر است وقوع عیب نشتی و محل آن را آشکار سازد بلکه می تواند وخامت (اندازه ی) نشتی را نیز با دقت زیاد تخمین بزند. در مطالعه ی حاضر، خط لوله ی گلخاری- بینک که در جنوب ایران واقع شده، در نرم افزار الگا مدل سازی گردیده است که داده های مورد نیاز برای آموزش سیستم FDI را فراهم می نماید. سناریوهای مختلف نشتی بر مدل اعمال می گردد و نرخ دبی خروجی و فشار ورودی متناظر به عنوان داده های آموزش ثبت می شود. داده های بدست آمده در حوزه ی زمان به حوزه ی موجک انتقال داده می شوند. سپس ویژگی های آماری داده ها از دو حوزه ی موجک و زمان استخراج می گردد. ویژگی های بدست آمده به یک شبکه ی عصبی چندلایه ی پرسپترون (MLPNN) به عنوان سیستم FDI اعمال می گردد. نتایج نشان می دهد که سیستم مبتنی بر ویژگی های آماری موجک عملکرد بهتری نسبت به سیستم مبتنی بر ویژگی های آماری حوزه ی زمان دارد. همچنین سیستم پیشنهادی می تواند محل و وخامت نشتی را با نرخ هشدار غلط (FAR) اندک و نرخ طبقه بندی صحیح (CCR) بسیار زیاد تشخیص دهد.
    کلیدواژگان: تشخیص نشتی، ویژگی آماری، تبدیل موجک، شبکه عصبی مصنوعی
  • کرامت ملک زاده فرد*، سعید شکراللهی، ابراهیم عیسی زاده، علیرضا پورموید صفحات 113-123
    در این پژوهش رفتار تیر خمیده ی ساندویچی تحت بارگذاری ضربه ای کم سرعت، با در نظر گرفتن تاثیر دمای محیط، با بکارگیری تئوری مرتبه بالای سازه های ساندویچی مورد بررسی قرار گرفته است. تیر ساندویچی مورد مطالعه از ترکیب رویه های کامپوزیتی و هسته ی فومی تشکیل و شرایط تکیه گاهی در بارگذاری از نوع تکیه گاه دو طرف ساده با امکان تغییر مکان در راستای محیطی انتخاب شده است. برای مدل سازی ضربه از مدل دو درجه آزادی جرم و فنر استفاده گردیده است. در فرمول بندی ارائه شده برای رویه ها از تئوری برشی مرتبه ی اول استفاده شده و میدان جابجایی هسته مجهول درنظر گرفته شده است . سپس به کمک تئوری الاستیسیته و با استفاده از شرایط سازگاری در فصل مشترک هسته با رویه ها و روابط تنش-کرنش، میدان جابجایی هسته مشخص می شود . از اصل همیلتون برای استخراج معادلات حاکم بر حرکت تیر استفاده شد. به منظور صحه گذاری نتایج بدست آمده از تحلیل ، از نتایج مراجع و تحلیل عددی در نرم افزار آباکوس استفاده شده،که همخوانی نسبتا خوبی بین نتایج برقرار است. در ادامه اثرات تغییر پارامترهایی نظیر سرعت و جرم ضربه زننده، دمای محیط، ضخامت هسته، ضخامت رویه ها، جنس هسته و وریه ها بر جابجایی های هسته و رویه ها و تنش های هسته و نیروی ضربه مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی نتایج نشان می دهد که با افزایش درجه حرارت محیط، تغیرات در نیروی ضربه کم بوده ولی برپاسخ دینامیکی تیر تاثیر قابل توجهی می گذارد. همچنین در بررسی ها مشخص شده که هرچه سفتی تیر بیشتر شود، نیروی ضربه افزایش و جابجایی ها و میزان جذب انرژی آن کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: ضربه سرعت پایین، تیر ساندویچی خمیده، درجه حرارت محیط، تئوری مرتبه ی بالا
  • حسن صدقی رستمی، بهروز رضایی* صفحات 124-134
    در این مقاله یک روش کنترلی مبتنی بر سیستم های فازی برای هدایت و نگه داری حالت یک سیستم کوانتومی نمونه در ناحیه ی از پیش تعریف شده ارائه شده است. سیستم کوانتومی در نظر گرفته شده یک سیستم کوانتومی مرتبه سه بوده و مدل تحلیل سیستم نیز مدل دوخطی می باشد. همچنین اندازه گیری ها از سیستم در ناحیه ی تعریف شده، در هر زمان دلخواه، با در نظر گرفتن اثر این اندازه گیری ها در حالت داخلی سیستم صورت می گیرد. اثر ورودی های ناخواسته و نامعینی های ساختاری سیستم نیز به صورت نامعینی های کراندار در همیلتونین سیستم در نظر گرفته می شود. در این مقاله فرض شده است حالت اولیه سیستم مشخص و حالت داخلی سیستم در هر لحظه از زمان، به عنوان سیگنال فیدبک در دسترس است. روند کنترلی به این صورت است که ابتدا یک ناحیه ی قابل قبول اطراف حالت نهایی مطلوب تعریف شده و سپس از یک سیستم استنتاج عصبی فازی تطبیقی بهبود یافته با الگوریتم رقابت استعماری برای هدایت حالت سیستم به سمت حالت نهایی مطلوب در این ناحیه استفاده می شود. همچنین از یک ناظر فازی برای نگه داشتن حالت سیستم کوانتومی در ناحیه تعریف شده با تنظیم یک ضریب کنترلی استفاده شده است. نتایج شبیه سازی حاصل از اعمال روش پیشنهادی روی سیستم کوانتومی مرتبه سه نمونه و با وجود نامعینی های کراندار در سیستم نشان از کاربردی و موثر بودن روش در کنترل سیستم های کوانتومی دارد.
    کلیدواژگان: سیستم های کوانتوم، کنترل کننده ی فازی، سیستم استنتاج عصبی فازی تطبیقی بهبود یافته، الگوریتم رقابت استعماری
  • علیرضا زاهدی*، محمد میرعبدلی، اردشیر شایان نژاد صفحات 135-142
    در سال های اخیر همزمان با گسترش تولید سوخت های زیستی تلاش هایی نیز برای بهینه سازی فرآیندهای تولید صورت گرفته است. در این تحقیق از روش سطح پاسخ به منظور بهینه سازی واکنش ترانس استریفیکاسیون روغن کلزا با هدف بیشینه کردن درصد تبدیل و کمینه کردن هزینه تولید استفاده گردید. با استفاده از طراحی آزمایش سه پارامتر اصلی که بر میزان درصد تبدیل موثر است در سه سطح مورد بررسی قرار گرفت. این سه پارامتر شامل غلظت، دما و زمان انجام واکنش است. محدوده پارامترهای انتخاب شده بر اساس مطالعات پیشین و همچنین محدودیت های عملی، به ترتیب به صورت:1.5 – 0.3 درصد؛ 60 - 40 درجه سانتیگراد؛ 60 – 30 دقیقه؛ انتخاب شد. درصد تبدیل با استفاده از رزونانس مغناطیسی هسته ای تعیین گردید. نتایج نشان می دهد که مناسب ترین شرایط برای تولید بیودیزل به روش ترانس استریفیکاسیون با نسبت مولی ثابت 1:6 متانول: روغن عبارت اند از: دما 47.27 درجه سانتیگراد؛ غلظت 1.24 درصد؛ زمان 30 دقیقه؛ که با این شرایط میزان درصد تبدیل برابر 77.67 درصد و. میزان هزینه برابر 67 سنت است. همچنین برخی از خصوصیات شیمایی و فیزیکی بیودیزل مشخص شد و با سوخت دیزل مقایسه گردید. نتایج به دست آمده از مقایسه این دو سوخت نشان دهنده آن است که بیودیزل جایگزین مناسبی برای سوخت دیزل است.
    کلیدواژگان: روغن کلزا، ترانس استریفیکاسیون، بیودیزل، طراحی آزمایش
  • علیرضا شهریاری* صفحات 143-154
    در این مقاله، انتقال حرارت جابجایی آزاد دو بعدی نانوسیال آبی اکسید آلومینیم (Al2O3) در محفظه بسته با دیواره های موجی پیچیده به روش شبکه بولتزمن مورد مطالعه قرار گرفته است. دیواره های جانبی محفظه دارای هندسه پیچیده موجی هستند و دیواره سمت چپ دارای توزیع دمای غیریکنواخت سینوسی و دیواره سمت راست در دمای ثابت و سرد قرار دارند. دیواره های افقی بالا و پایین محفظه هر دو صاف و نسبت به عبور حرارت و جرم عایق شده اند. به علت تغییرات ناچیز چگالی در مطالعه حاضر، از تقریب بوزینسک استفاده شده است که باعث تاثیرپذیری میدان هیدرودینامیکی از میدان حرارتی می گردد. برای توابع توزیع چگالی و انرژی از آرایش شبکه D2Q9 استفاده شده است. تغییر پارامترهایی نظیر کسر حجمی نانوذرات، عدد رایلی، هندسه دیواره های جانبی، اختلاف فاز و دامنه تابع سینوسی دما بر روی میدان جریان و میدان دما مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند در محدوده اعداد رایلی Ra=103 -105 با افزایش کسر حجمی نانوذرات، عدد ناسلت افزایش می یابد. علاوه بر این نشان داده شده است که برای یک عدد رایلی ثابت با تنظیم پارامترهای هندسه دیواره های عمودی می توان به یک انتقال حرارت بهینه دست یافت. بیشترین اثر نانوذرات با تغییر عدد رایلی در اختلاف فازهای مختلفی مشاهده گردید. درنهایت این مطالعه می تواند یک دید کلی برای افزایش انتقال حرارت در محفظه هایی با دیواره های موجی و توزیع دمای سینوسی را فراهم آورد.
    کلیدواژگان: روش شبکه بولتزمن، نانوسیال، جابجایی آزاد، دیواره موجی پیچیده، توزیع دمای سینوسی
  • محمد علی محمدی، عقیل یوسفی کما*، مراد کریم پور، احسان معانی میاندوآب صفحات 155-164
    در این مقاله، رفتار دینامیکی میکروسکوپ نیروی اتمی بر اساس تئوری غیر کلاسیک گرادیان کرنشی مورد مطالعه قرار می گیرد. برای این منظور، میکروتیر میکروسکوپ نیروی اتمی و سوزن متصل به انتهای آن به صورت یک جرم متمرکز مدل سازی شده است. میکروتیر از طریق یک المان پیزوالکتریک متصل به انتهای گیردار تحریک شده و معادله مشتقات جزئی غیرخطی حاکم بر سیستم براساس تئوری اویلر-برنولی استخراج شده است با اعمال روش های جداسازی و گلرکین، به یک معادله دیفرانسیل معمولی تبدیل می شود. در بسیاری از مطالعات تجربی مشاهده شده است هنگامی که ابعاد سازه تا ناحیه میکرون و زیر میکرون کاهش یابد، اثر اندازه در رفتار دینامیکی این میکرو ساختارها نقش پیدا می کند. تئوری کانتینیوم کلاسیک به خاطر چشم پوشی از اثر اندازه، دارای دقت پایینی در پیش بینی رفتار مکانیکی ابزارهای نانو می باشد، به همین دلیل دو تئوری کلاسیک و غیرکلاسیک در تحلیل رفتار دینامیکی میکروتیر دیدگاه متفاوتی دارند. در این مقاله، ناحیه پایداری میکروتیر به صورت تحلیلی و عددی به دست آمده و با مقایسه نتایج مشخص گردید که این دو روش با هم تطابق دارند. تفاوت بین تحلیل های ارائه شده در رفتار دینامیکی میکروتیر توسط دو تئوری کلاسیک و غیرکلاسیک با رسم نمودارهای گوناگونی نشان داده شده است. مشخص می شود که در نظر گرفتن اثر اندازه، ماهیت مسئله دینامیکی را به کلی تغییر می دهد و ممکن است در حالیکه تئوری کلاسیک رفتاری پایدار برای میکروسکوپ پیش بینی می کند، اثر اندازه باعث وقوع پایداری دوگانه شود. نتایج به دست آمده در این مقاله برای طراحی و تحلیل میکروسکوپ-های اتمی بسیار کارا می باشند.
    کلیدواژگان: میکروتیر، سوزن، پیزوالکتریک، اویلر، برنولی، گلرکین، گرادیان کرنشی
  • مجید طهماسبی کهیانی، بهزاد قاسمی*، افراسیاب رئیسی صفحات 165-174
    در این مقاله ذوب نانو ماده تغییر فازدهنده سیکلو هگزان- مس در یک محفظه مربعی متخلخل ، به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. دمای اولیه نانو ماده Ti برابر با دمای ذوب آن، Tm ، است. دیواره های افقی این محفظه عایق است. در شروع دمای دیوار عمودی سمت چپ به بالاتر از دمای ذوب نانو ماده تغییر می یا بد. در معادلات بی بعد شده سه پارامتر موثر وجود خواهد داشت که عبارتند از: φ، Raو ε. معادلات بی بعد حاکم بر اساس مدل دارسی به دست آمده اند و برای حل این معادلات از روش حجم کنترل استفاده شده است. اثر تغییر پارامترهای مذکور بر میدان جریان و دما ، آهنگ انتقال گرما و مدت زمان لازم جهت ذوب کامل نانو ماده در شرایط مختلف بررسی شده است. نتایج نشان دهنده تاثیر گذاری بالای تغییر تخلخل محیط ، بر روند و مدت زمان ذوب در محفظه است. حال آنکه تاثیر تغییر درصد حجمی نانو ذرات ، تنها ایجاد تاخیر کوچکی در مدت زمان ذوب کامل نانو ماده بوده است. افزایش عدد رایلی باعث افزایش قدرت مکانیزم انتقال گرمای جابجایی در محفظه شده و به تبع آن سرعت ذوب در محفظه افزایش یافته و شکل خط ذوب از حالت خط راست موازی با وجوه عمودی محفظه به خط منحنی شکل تبدیل می شود.
    کلیدواژگان: ذوب، نانو ماده تغییر فاز دهنده، محفظه متخلخل
  • مهدی زارعی، غلامحسین رحیمی* صفحات 175-185
    پوسته های استوانه ای دوار دارای کاربردهای صنعتی نظیر سانتریفیوژها وتوربین ها و خشک کن ها و شفت های دوار وموتورها و ورتور و... می باشند بنابراین بررسی ارتعاشی آنها ضروری به نظر می رسد. پو سته های استوانه ای مشبک کامپوزیتی به عنوان یکی از پرکاربردترین نمونه سازه های مشبک، بخاطر دارا بودن فوایدی همچون استحکام ویژه بالا، سبکی و خواص مقاومت به خوردگی، امروزه بطور وسیعی در صنایع هواپیماسازی، صنایع موشکی و دریایی مورد استفاده قرار می گیرند در این تحقیق ارتعاشات آزاد استوانه کامپوزیتی مشبک دوار با تکیه گاه های مختلف با استفاده از بسط سری فوریه ارائه می شود. از روش تحلیلی- تقریبی معادل سازی برای معادل کردن سفتی تقویت کننده ها استفاده گردید.تقویت کننده ها به صورت تیر در نظر گرفته شدندکه قادر به تحمل نیروهای برشی و ممان خمشی نسبت به بارمحوری وارده می باشد. معادلات مربوط به آنالیز ارتعاشی برمبنای تئوری ساندرز استخراج می شود و با استفاده بسط سری فوریه تبدیل استوکس فرکانس ارتعاشات پوسته استوانه ای تعیین می شود.اثر تغییر پارامترهای هندسی و تغییر در زاویه بین تقویت کننده ها و همچنین نیروی محوری مورد روی فرکانس ارتعاشات بررسی قرارگرفت نتایج حاضر جدید بوده و می تواند به عنوان مبنایی برای مطالعات آتی مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، دوار، تقویت شده، تبدیل استوکس
  • علی ابراهیمی ممقانی، سیامک اسماعیل زاده خادم* صفحات 186-194
    در کار حاضر به تحلیل ارتعاشات یک تیر دوسرگیردار متصل به چاه غیرخطی انرژی (با فنر و دمپر غیرخطی) که تحت تحریک هارمونیک قرار دارد، پرداخته شده است. برای مدل کردن تیر از تئوری تیر اویلر-برنولی استفاده گردید و چاه غیرخطی انرژی نیز در مقاطع مختلف تیر وصل گردید وتاثیر پارامترهای مختلف بر روی رفتار دینامیک سیستم مورد تحلیل و بررسی قرار گیرند. همچنین شرایط لازم برای رخداد انشعابات هاپ و زین اسبی بررسی مطالعه شده است. ازآنجاکه در بررسی سیستم های ارتعاشاتی، به دست آوردن پاسخ فرکانسی به دلیل آن که بهترین محدوده کاهش ارتعاشات را نشان می دهد بسیار اهمیت دارد، روش متوسط گیری مختلط شونده برای حل سریع مسئله و یافتن پاسخ فرکانسی به کار گرفته شده است. از سوی دیگر برای صحه سنجی و مقایسه نتایج، از روش عددی (رانگ کوتای مرتبه چهارم) نیز استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که با نزدیک شدن محل نصب جاذب به تکیه گاه ها، احتمال رخداد انشعاب هاپ و زین اسبی به ترتیب، کاهش و افزایش می یابد و ناحیه منفصل فرکانسی در محدوده کوچک تری از دامنه تحریک خارجی تشکیل خواهد شد و پاسخ گذرای سیستم مدت زمان طولانی تری خواهد داشت. همچنین با افزایش دامنه نیروی تحریک خارجی، دامنه ماندگار سیستم به آرامیافزایش می یابد.
    کلیدواژگان: تیر اویلر برنولی، چاه غیرخطی انرژی، انشعابات هاپ، انشعابات زین اسبی، ناحیه منفصل فرکانسی
  • هادی پروز، محمد جواد ناطق* صفحات 195-206
    طراحی قید و بند برای قطعات با هندسه شکل-آزاد نیاز به پردازش، محاسبات و هزینه بالاتری نسبت به قطعات چندوجهی دارد. نظر به این که طراحی سیستم جاسازی و بست هسته اصلی سامانه طراحی قید و بند را تشکیل می دهد، در این مقاله روشی تحلیلی برای طراحی سیستم بست به صورت خودکار برای این نوع از قطعات ارائه می شود. طراحی سیستم بست بر مبنای سه اصل اجرا می شود که نقاط اعمال بست از دو اصل اول تعیین شده و توسط اصل سوم، راستی آزمایی می گردد. اصول مذکور شامل کمترین تعداد بست، بیشترین مولفه نیروی بست در راستای اعمال جاسازها و حفظ پایداری استاتیکی قطعه کار در سیستم قید و بند است. پس از ارائه روش مدل سازی ریاضیاتی هریک از این اصول، پیاده سازی نرم افزاری آن ها در محیط یکپارچه طراحی قید و بند به کمک رایانه (توسعه داده شده توسط نویسندگان مقاله) اجرا گردید. سه نمونه مطالعه موردی شامل مدل هایی از قطعات شکل-آزاد حاوی سطوح نربز برای سنجش عملکرد تحلیل پیاده سازی شده استفاده شد. کمترین تعداد بست محاسبه شده برای این مطالعات موردی همراه با پایداری قطعه کار در تماس با جاسازهای شش گانه و بست ها، نشان دهنده قابلیت اطمینان بالای روش ارائه شده در طراحی سیستم بست برای قطعات شکل-آزاد بود. قابلیت های طراحی خودکار سیستم بست برای قطعات (فارغ از نوع هندسه آن) و یکپارچه شدن با سایر ماژول های طراحی قید و بند (همچون طراحی سیستم جاسازی) امکان استفاده صنعتی از این سیستم را فراهم می کند.
    کلیدواژگان: پره توربین، تحلیل پایداری، طراحی سیستم بست، طراحی قید و بند، هندسه شکل، آزاد
  • وحید زال، حسن مسلمی نایینی *، احمدرضا بهرامیان، جواد شهبازی کرمی صفحات 207-215
    با توجه به گروه های عاملی قطبی گرمانرم پی وی سی و خاصیت چسبندگی بسیار خوب آن برای اتصال به فلزات، در این پژوهش به بررسی تولید و شکلدهی غلتکی ورقهای FML پی وی سی/ آلومینیوم/ الیاف شیشه پرداخته شده است. برای این منظور، در ابتدا با استفاده از آزمون خمش سه نقطه ای مطابق استاندارد ASTM D790، به بررسی استحکام خمشی و کیفیت اتصال زمینه گرمانرم پی وی سی به لایه آلومینیومی در ورقهای FML پرداخته شد. در ادامه ورقهای FML با ابعاد cm12×80 و با دو چیدمان s[0/90، 0/90، Al] و s[45/-45، 45/-45، Al] با استفاده از فرآیند انباشت لایه ها و فشار گرم تولید شدند. ورقهای حاصل به شکل تک ایستگاهه و در دمای oC160 به پروفیل کانالی با سه زاویه شامل 30، 45 و o60 شکلدهی غلتکی شده و سه عیب هندسی شامل کمانی شدن پروفیل، موج لبه و برگشت فنری و همچنین جدایش بین لایه آلومینیومی و کامپوزیتی در پروفیل های حاصل بررسی شد. در ادامه با توجه به نتایج شکل دهی تک ایستگاهه، شکل دهی غلتکی پروفیل کانالی با زاویه 86o به صورت چند ایستگاهه انجام گرفت و به بررسی اثر شکل دهی چند ایستگاهه بر روی تجمع عیوب ایستگاه های مختلف شکلدهی پرداخته شد. در انتها نتیجه گرفته شده که افزایش بیش از 45o زاویه خم در هر ایستگاه موجب جدایش بین لایه های کامپوزیتی و آلومینیومی می شود و هرچقدر الیاف تقویتی در جهت طولی ورقهای FML قرار گیرند، عیوب موج لبه و کمانی شدن کمتری در پروفیلهای حاصل روی میدهد.
    کلیدواژگان: چند لایه پی وی سی، آلومینیوم، الیاف شیشه، شکل دهی غلتکی، جدایش بین لایه ای، عیوب هندسی
  • حمید رستگار، محمدمهدی عاقلی حاجی آبادی* صفحات 216-222
    ربات های هگزاپاد هم می توانند به منظور اهداف راه روندگی و هم به منظور اهداف مانیپولاسیون مورد استفاده قرار بگیرند. این ربات ها هنگام مانیپولاسیون دارای شش درجه آزادی برای صفحه بالایی، صلبیت بالا، ظرفیت تحمل نیرویی بالا، سرعت و دقت بالا می باشند. از طرفی ربات های هگزاپاد هنگامی که در محلی به منظور اهداف مانیپولاسیون به صورت ثابت قرار می گیرند مشهور به داشتن فضای کاری محدودی می باشند. طراحی ربات هگزاپاد به طوری که منجر به حداکثر شدن فضای کاری شود می تواند تا حد زیادی منجر به افزایش بهره وری این ربات هنگام مانیپولاسیون شود. از طرفی با توجه به اینکه می توان ربات های هگزاپاد متقارن شعاعی را مانند یک مکانیزم 2-RPR مدل کرد، لذا از روش ها و محاسبات موجود برای این مکانیزم ها برای طراحی ربات های هگزاپاد متقارن شعاعی استفاده شده است. در این مقاله پس از بررسی کامل بر روی روش های موجود برای محاسبه و بهبود فضای کاری مکانیزم های 2-RPR، یک الگوریتمی ارائه شده است که باعث حداکثر فضای کاری در دسترس می شود. مزیت این روش در این است که هنگام حداکثر کردن حجم فضای کاری نیازی به محاسبه کل حجم فضای کاری نمی باشد. همچنین استفاده از این الگوریتم برای طراحی ربات با فضای کاری حداکثر ضروری است. به عبارت دیگر خروجی الگوریتم بهینه سازی ارائه شده مجموعه ای از پارامترهای مورد نیاز برای طراحی ربات است که حداکثر شدن حجم فضای کاری را تضمین می کند.
    کلیدواژگان: هگزاپاد، فضای کاری، فضای کاری در دسترس، بهینه سازی، مانیپولاسیون
  • مجید علی طاولی*، هاشم بابایی، آرمان محسنی، رضا رجبیه فرد صفحات 223-232
    در این مقاله به منظور ساخت لوله های T شکل با روش هیدروفرمینگ، از سامانه چکش پرتابه ای استفاده شده است که منجر به بارگذاری هیدرودینامیکی می گردد. برای شکل دهی قطعه اولیه به فرم داخلی قالب، به دو عامل فشار داخلی هیدرولیکی و تغذیه محوری نیاز است، که در فرآیند مورد بررسی، باید از یک منبع انرژی به دو صورت استفاده شود. برای دریافت انرژی جنشی چکش پرتابه ای، قالبی با توجه به مسیر بارگذاری مذکور، طراحی شده است که از طریق سنبه های تعبیه شده بر قالب، ضربه حاصل از سقوط آزاد وزنه را دریافت کرده و ایجاد فشار هیدرولیکی می نماید و با قرار دادن کفشک هایی در طرفین لوله، با دریافت فشار از سیال واسط، تغذیه محوری صورت می-گیرد، همچنین با عبور سیال از سوراخ میانی کفشک ها، فشار داخلی برای تغییر شکل تامین می گردد. شایان ذکر است که در آزمایش ها، لوله های مسی و آلومینیومی مورد بررسی قرار گرفته اند. برای بررسی عددی قطعات نهایی و بهبود کیفیت شکل دهی، از نرم افزار المان محدود آباکوس استفاده شده است. مدل شبیه سازی تشکیل لولهT شکل، با در نظر گرفتن اثر نرخ کرنش و خواص مکانیکی مواد، به صورت دینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از آزمایش ها نشان می دهند که برای تغییر شکل مطلوب باید تمام عوامل ورودی مانند ارتفاع سقوط وزنه، مقدار ستون سیال داخل قالب پیش از اعمال ضربه، آب بندی، روانکاری، جنس و ضخامت لوله با هم متناسب باشند. همچنین کیفیت ارتفاع برآمدگی با توجه به توزیع ضخامت، تغییرات محوری و سطح مماس با پانچ مقابل، مورد بررسی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ، تجربی، چکش پرتابه ای، لوله T شکل، ستون سیال
  • علیرضا سعادت، احسان براتی* صفحات 233-240
    در این مقاله فرآیند تحلیل قابلیت اطمینان در سازه های هوایی در قالب پیاده سازی بر روی یک قطعه خاص تدوین شده است. قطعه مورد نظر سیلندر استرات ارابه فرود یک هواپیمای آموزشی بوده که یکی از مهم ترین قطعات سیستم ارابه فرود می باشد. به دلیل شکل خاص این قطعه، رابطه تحلیلی برای محاسبه ی تنش در نقاط مختلف آن وجود ندارد. بنابراین ابتدا از طریق روش تقریب پاسخ سطح و با استفاده از جداول باکس- بنکن، رابطه تنش در بحرانی ترین نقطه قطعه، به دست آمده است. سپس جهت به دست آوردن قابلیت اطمینان این قطعه، در روش احتمالاتی از روش شبیه سازی مونت کارلو استفاده گردیده است. نیروهای وارده به این قطعه به صورت یک فشار، یک ممان خمشی و یک نیروی متمرکز، مدل شده است. این نیروها به صورت متغیرهای تصادفی مستقل از یکدیگر فرض شده اند. همچنین توزیع احتمال فشار و ممان خمشی به صورت نرمال و توزیع احتمال نیروی متمرکز به صورت نرمال لگاریتمی فرض شده است. ابعاد قطعه به صورت قطعی درنظر گرفته شده و خصوصیات مکانیکی ماده نیز به صورت یک توزیع نرمال با انحراف معیار مساوی 10 درصد مقدار میانگین مدنظر قرار گرفته است. نتایج به دست آمده، حداقل قابلیت اطمینان این قطعه را 99.9997 درصد نشان می دهد. بنابراین از نقطه نظر قابلیت اطمینان برای کاربردهای هوایی ایمن است.
    کلیدواژگان: قابلیت اطمینان، شبیه سازی مونت کارلو، روش پاسخ سطح، جداول باکس - بنکن، سیلندر استرات
  • محمدرضا روستا، مجید صفرآبادی* صفحات 241-248
    در این پژوهش، امکان کاهش جرم سازه یک میکروماهواره مکعبی دو طبقه با سازه قاب و پوسته بررسی شده است. با جایگزینی سازه ایزوگرید با ساندویچی، فرکانس طبیعی و توزیع جرم موثر مودهای سازه تغییر می یابد. جرم موثر مودال، یک خصوصیت دینامیک سازه و وابسته به فرکانس طبیعی، شکل مودها، جرم های عام و بردارهای ویژه است. جرم موثر مودال کمیتی است که میزان اهمیت یک مود ارتعاشی را هنگامی که سازه ماهواره تحت تاثیر شتابهای منتقله از طریق صفحه پایه قرار می گیرد، نشان می دهد. جرم موثر بالا نشان دهنده عکس العمل بالا به ازای فرکانس متناظر با مود ارتعاشی مربوطه در صفحه پایه است. همچنین بارهای دینامیک اعمالی تحت تاثیر نحوه توزیع مودهای ارتعاشی در محدوده فرکانسی است. جمع اثر مودهای مختلف باعث ایجاد نیروی عکس العمل قابل ملاحظه ای در سازه می گردد. از این رو با تغییر سازه بررسی تغییرات فرکانس و جرم موثر مودهای سازه ضروری به نظر می رسد. در این مقاله ابتدا دو سازه هم جرم ایزوگرید و ساندویچی مقایسه شده اند. سپس جرم سازه ساندویچی به گونه ای کاهش یافته است که فرکانس های طبیعی سازه ساندویچی سبک به فرکانس های طبیعی سازه ایزوگرید نزدیک شود. با فرض هم جرم بودن دو سازه فرکانس های طبیعی سازه ساندویچی دو برابر سازه ایزوگرید به دست آمد اما توزیع جرم های موثر در جهت پرتاب در سازه ایزوگرید مناسب تر است. با تغییر طراحی سازه از ایزوگرید به سازه ساندویچی و بهینه کردن خواص سازه جدید، کاهش قابل توجه در جرم و بهبود خواص مودال سازه حاصل خواهد شد.
    کلیدواژگان: میکروماهواره، ایزوگرید، صفحه ساندویچی، اجزاءمحدود
  • علیرضا امیدوار، پیمان مصدق*، هادی بهادران صفحات 249-256
    فلزات و پلیمرها از مواد بسیار مناسب برای مواد مهندسی هستند. با پیشرفت تکنولوژی در عرصه های مختلف از جمله صنعت اتومبیل، نیاز به مواد مقرون به صرفه با استحکام بالا و وزن پایین برای ساخت بدنه به صورت روزافزونی احساس می شود. تاکنون در اغلب موارد، از فلزات مستحکمی همچون فولاد و دیگر فلزات برای ساخت این تجهیزات استفاده شده است و بسته به نوع استفاده، عایق و پوشش دهی مناسب برای به حداکثر رساندن بازده تعبیه گردیده. یکی از انواع مواد کامپوزیتی، استفاده از هیبرید فلز و پلیمر در کنار یکدیگر است. اتصال فلز و پلیمر در این روش با قرار دادن یک لایه پلیمر روی یک لایه فلز با ایجاد برآمدگی هایی ظریف روی سطح فلز به کمک فرآیند پوشش دهی با لیزر و سپس انجام عملیات تزریق روی آن انجام می شود. مزیت این روش این است که با انتخاب مناسب الگوی برجسته سازی، جنس و دبی پودر مورد استفاده، استحکام اتصال را می توان متناسب با نوع و میزان بارگذاری طراحی کرد. پارامتر های مورد بررسی فشارنگه داری، دمای قالب، الگوی روی فلز و ضخامت پلیمر است. نتایج تست های کشش و خمش صورت گرفته و بررسی تاگوچی پارامترها نشان می دهد که استحکام کششی اتصال در دمای قالب 50 درجه سانتی گراد، فشار تراکم کمتر(7 مگا پاسکال)، ضخامت پلیمر بیشتر(3 میلی متر) و الگوی پوشش موازی بالاتر خواهد بود. همچنین بالاترین مدول خمشی هیبرید نیز در دمای قالب 50 درجه سانتی گراد، فشار تراکم کمتر(7 مگا پاسکال) و الگوی موازی اتفاق می افتد.
    کلیدواژگان: هیبرید فلز، پلیمر، تزریق پلاستیک، پوشش دهی لیزر، تاگوچی
  • محمد وکیلی فرد، محمد جواد محمودی* صفحات 257-266
    در این پژوهش یک روش تحلیلی سه بعدی برای پیش بینی خواص دینامیکی نانوکامپوزیت های پلیمری ارائه می شود. در این روش با اعمال اصل همخوانی الاستیک-ویسکوالاستیک بر تئوری میکرومکانیکی سلول واحد ساده شده و با استفاده از روش انرژی و تعادل نیرو، مدول ذخیره، مدول اتلاف، فاکتور اتلاف و حلقه ی هیسترزیس نانوکامپوزیت های پلیمری استخراج می شود. نانوکامپوزیت در نظر گرفته شده دارای زمینه پلی پروپیلن تقویت شده با نانو الیاف کربن رشد یافته در فاز بخار می باشد. المان حجمی نماینده دارای سه فاز ایزوتروپ شامل الیاف، فاز میانی و زمینه با رفتار ویسکوالاستیک خطی بر اساس مدل زنر است. همچنین با ارائه ی روش تبدیل فوریه و مدل شیپری خواص دینامیکی اجزاء نانوکامپوزیت در حوزه ی فرکانس استخراج می گردد. ابتدا نتایج بدست آمده از مدل حاضر با نتایج تجربی، جهت اعتبارسنجی مقایسه می گردد. سپس اثر پارامترهایی نظیر تعداد زیرسلول ها، کسر حجمی و نسبت منظر الیاف، فاکتور قدرت پیوند بین الیاف و زمینه و فاکتور اتلاف فاز میانی بر خواص دینامیکی نانوکامپوزیت بررسی می شود. نتایج بدست آمده، نشان می دهند که روش ارائه شده از سرعت و دقت قابل قبولی برخوردار است. همچنین افزایش نسبت منظر و کسر حجمی الیاف باعث کوچک تر شدن حلقه ی هیسترزیس نانوکامپوزیت می شود، لذا ظرفیت میرایی آن کاهش می یابد. فاز میانی نیز تاثیر قابل توجهی بر خواص دینامیکی نانوکامپوزیت دارد، لذا مدل سازی آن اهمیت بالایی دارد.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت پلیمری، ظرفیت میرایی، میکرومکانیک
  • مهرداد فروتن*، محمد سجاد خدایاری صفحات 267-276
    در پژوهش حاضر، تحلیل ترموالاستیک استوانه های توخالی نانوکامپوزیتی مدرج تابعی، تقویت شده با نانولوله های کربنی تک جداره، تحت بارگذاری حرارتی، به روش بدون المان، انجام شده است. استوانه در شرایط تکیه گاهی ساده– ساده فرض شده و توزیع خواص مادی در راستای شعاع استوانه، به صورت یک الگوی یکنواخت و سه الگوی مدرج تابعی در نظر گرفته شده است. خواص مکانیکی نانوکامپوزیت تقویت شده با نانولوله های کربنی، با استفاده از مدل میکرومکانیکی اختلاط تعمیم یافته، تخمین زده شده است. معادله های حاکم با استفاده از اصل کار مجازی بدست آمده و با استفاده از روش بدون المان گسسته سازی و حل شده است. در این روش بدون المان، ضرایب شکل حداقل مربعات متحرک، جهت تقریب میدان جابه جایی، به کار رفته است. شرایط مرزی اساسی، با استفاده از روش تبدیل، اعمال گردیده است. توزیع دمایی در پنل، با حل معادلات حرارت به روش عددی تفاضل محدود، محاسبه شده است. جهت سنجش اعتبار این پژوهش، نتایج حاصله از این پژوهش، با نتایج تحقیقات منتشر شده قبلی، مقایسه شده است و انطباق خوب نتایج دیده می شود. سپس تاثیر پارامتر های مختلف همانند الگوی پخش و مقدار درصد حجمی نانولوله های کربنی و پارامتر هندسی نسبت ارتفاع به شعاع داخلی، بر مولفه های تنش، مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: روش بدون المان، نانو کامپوزیت مدرج تابعی، تحلیل ترموالاستیک، نانولوله ی کربنی تک جداره
  • شهرزاد میرزایی، سید مسعود حسینی سروری* صفحات 277-286
    در این مقاله، طراحی معکوس با استفاده از یک روش بهینه سازی برای تعیین توزیع چشمه حرارتی نامعلوم در یک محفظه تابشی دوبعدی، به منظور تولید توان صدور و شار حرارتی مطلوب روی سطح طراحی پخشی-غیرخاکستری مورد مطالعه قرار می گیرد. محیط محفظه، جذب کننده-صادرکننده بوده و ضریب صدور سطح طراحی نسبت به طول موج متغیر فرض می شود. ضریب صدور در هر فاصله کوچک طول موج ثابت فرض می شود و مسئله مستقیم با استفاده از روش جهت های مجزا، روی هر فاصله طول موج حل می گردد. شار حرارتی کلی در هر المان سطح، از حاصل جمع شارهای حرارتی بر روی تمامی طول موج ها به دست می آید. از روش بهینه سازی گرادیان مزدوج، برای حل مسئله معکوس و کمینه کردن یک تابع هدف مناسب استفاده می شود. تابع هدف به صورت مجموع مربعات تفاضل شار حرارتی مطلوب و شار حرارتی محاسبه شده بر روی سطح طراحی تعریف می گردد و ماتریس حساسیت با مشتق گیری از معادله انتقال تابش نسبت به متغیرهای مجهول محاسبه می شود. نتایج حاصل از حل برای دو مسئله نمونه در دو حالت سطح طراحی خاکستری و غیرخاکستری با یکدیگر مقایسه می شوند. نتایج به دست آمده نشان می دهند که توزیع چشمه حرارتی با توجه به شار حرارتی مطلوب تعیین شده بر روی سطح طراحی به خوبی و در بازه مناسبی از دقت بازیابی می شود.
    کلیدواژگان: طراحی معکوس، سطح طراحی پخشی، غیرخاکستری، محیط جذب کننده، صادرکننده، روش جهت های مجزا
  • جابر سلیمانی، مجید الیاسی *، مرتضی حسین زاده صفحات 287-297
    امروزه خم کاری لوله های جدارنازک (D/t≥20، D قطر خارجی لوله و t ضخامت لوله) در نسبت خم بحرانی (R/D≤2، R شعاع خم) از جمله فرآیندهای تولیدی پرکاربرد در صنعت هوافضا، خودروسازی و صنایع دیگر است. طی خم کاری لوله، تغییرات ضخامت و اعوجاج سطح مقطع قابل توجهی رخ می دهد. ضخامت در انحنای داخلی لوله خمیده افزایش و در انحنای خارجی کاهش می یابد. همچنین در اکثر موارد، وقتی شعاع خم کوچک باشد، چین خوردگی در انحنای داخلی اتفاق می افتد. در صنعت برای رفع چروکیدگی و اعوجاج سطح مقطع از مندرل استفاده می شود، که انتخاب مندرل به جنس لوله، زاویه خم، شعاع لوله و شعاع خم بستگی دارد. اما، در مواردی که شعاع قالب خم کوچک باشد، استفاده از مندرل اجتناب می شود زیرا مندرل، علاوه بر هزینه فرآیند، نازک شدگی دیواره لوله را در انحنای خارجی افزایش می دهد و این در عملیات تولید نامطلوب است. در پژوهش حاضر با توجه به توسعه هیدروفرمینگ لوله ها، اثر فشار سیال داخلی بجای مندرل در فرآیند خم کاری کششی دورانی لوله مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین، به منظور امکان سنجی، مشاهده و آنالیز نحوه شکل گیری لوله طی فرآیند خم کاری، فرآیند خم کاری کششی دورانی لوله با دو راهبرد با مندرل و فشار سیال داخلی بوسیله نرم افزار ABAQUS شبیه سازی شده است. نتایج بدست آمده از پژوهش ارایه شده نشان داد، جاگزینی فشار سیال داخلی به جای مندرل در فرآیند خم کاری کششی دورانی، حداکثر نازک شدگی دیواره لوله را در انحنای خارجی به میزان چشمگیری بهبود می بخشد. اما حداکثر اعوجاج سطح مقطع و حداکثر ضخیم شدگی دیواره در انحنای داخلی، نسبت به حالت با مندرل افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: خم کاری کششی دورانی، مندرل، فشار سیال داخلی، شبیه سازی المان محدود
  • ساناز سعادتمند هاشمی، مسعود عسگری* صفحات 298-306
    مدلسازی مناسب رفتار ماهیچه های اسکلتی بدن با توجه به ساختار آناتومیک پیچیده و خواص مکانیکی غیرخطی و شرایط بارگذاری همواره از جمله مسائل مهم مورد توجه مدل سازی در زمینه بیومکانیک بوده است. اغلب مدل های موجود برای توصیف روابط ساختاری ماهیچه ها ی اسکلتی بر پایه مدل یک بعدی و سه المانی هیل می باشند. در مقاله حاضر مدل سه بعدی ساختاری بر پایه فرض رفتار هایپر الاستیک و تعریف یک تابع انرژی مناسب و مشتق گیری از آن جهت تعیین تنش های دوم پایولا و کوشی برای توصیف رفتار غیر ارادی ماهیچه اسکلتی ارائه شده است. روابط ساختاری به کار رفته تعمیمی نوین و کارامد از مدل هامفوری و یین برای توصیف رفتار غیر فعال ماهیچه ی اسکلتی می باشدکه به صورت سه بعدی برای مود های مختلف تغییرشکل ماده اعم از کشش ساده، تست کشش دو بعدی و شش حالت تست برشی بررسی شده و مقدار بهینه پارامترهای ثابت ماده برای هریک از این مودها با استفاده از الگوریتم ژنتیک محاسبه شده است. نهایتا مدل ساختاری ارائه شده در هریک از مودهای تغییرشکل با نتایج تجربی موجود مقایسه شده و کارایی و دقت آن نشان داده شده است. همچنین به منظور یررسی مزیت این مدل نسبت به دو مدل شناخته شده هایپرالاستیک آگدن و مونی-ریویلین که معمولا برای توصیف رفتار هایپرالاستیک مواد مورد استفاده قرار می گیرند نتایج با نتایج حاصل از به کارگیری مدلهای قبلی مقایسه شده و تطبیق بسیار بهتر مدل ارائه شده از دو مدل مفروض با نتایج تجربی نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: مدل ساختاری سه بعدی، رفتار غیر ارادی هایپرالاستیک، تست چند محوری، ماهیچه اسکلتی
  • وحید رضایی، محمدصالح عبدالله پور، امیر مردانی* صفحات 307-317
    وظیفه اصلی نازل همگرا- واگرا تبدیل انرژی تولیدشده در محفظه به انرژی جنبشی جهت ایجاد نیروی پیشران است. پارامترهای مختلفی بر روی عملکرد این جز از موتور تاثیرگذار است که به عنوان یکی از مهم ترین این پارامترها، می توان به اثرات فشار محیط یا به اصطلاح پس فشار اشاره داشت. اصولا طراحی نازل ها برای یک پس فشار خاص صورت می گیرد و در زمان صعود به ارتفاعات بالا پس فشار به شدت تغییر می یابد که عملکرد نازل را در شرایط غیر بهینه قرار می دهد. در پژوهش حاضر با استفاده از ابزار عددی، اثرات تغییر پس فشار بر روی عملکرد نازل های همگرا- واگرای سه موتور سوخت جامد استار-27، اورباس-1 و مینتمن مورد بررسی قرار گرفته است. ابزار عددی مورد استفاده در این شبیه سازی نرم افزار فلوئنت است که در این نرم افزار جهت شبیه سازی آشفتگی از مدل آشفتگی کی- اپسیلون استفاده شده است. با توجه به نوع پیشران، فشار و دمای محفظه احتراق برای هر موتور با استفاده از نرم افزار سی ای ای (CEA)، گونه های ورودی به نازل همگرا- واگرا محاسبه شده است. نتایج عددی به دست آمده از شبیه سازی های عددی دارای تطابق خوبی با داده های تجربی است. از نتایج مهم این پژوهش می توان به رابطه به دست آمده برای ضربه ویژه بر حسب تغییر ارتفاع و الگوریتم محاسبه نسبت انبساط بهینه برای هر موتور بر اساس رابطه مذکور برای ماموریت مشخص، اشاره کرد.
    کلیدواژگان: ضربه ویژه، نسبت انبساط بهینه، پس فشار
  • فرید وکیلی تهامی*، محمدرضا خوشروان، آرش محمد علیزاده فرد صفحات 318-328
    هدف اصلی این پژوهش استفاده از الگوریتم رقابت استعماری برای تعیین حالت بهینه پوسته استوانه ای هدفمند دارای لایه پیزوالکتریک می باشد. پارامترهای طراحی این بهینه سازی شامل ضخامت و درصد حجمی مواد درنظر گرفته شده اند. پوسته مورد بحث دربردارنده سیال داخلی بوده و در عین حال تحت بار متحرک شعاعی خارجی قرار دارد. به منظور فرمول بندی مسئله، معادلات حاصل از تئوری مرتبه اول برشی و ماکسول ترکیب شده تا روابط حاکم استخراج و با حل آن ها با استفاده از روش تحلیلی-عددی مقادیر جابه جایی های دینامیکی تعیین شوند. در ادامه با استفاده از روابط کرنش-جابه جایی و تنش-کرنش، توزیع تنش دینامیکی در پوسته به دست آمده است. تحلیل دینامیکی به علت وجود بار متحرک ضروری است چراکه پاسخ دینامیکی و ناپایا در مقایسه با مقادیر استاتیک قابل توجه اند. به منظور اعتبارسنجی تحلیل دینامیکی، از نتایج تجربی و تحلیلی موجود در ادبیات فن استفاده شده است. یک برنامه ی کامپیوتری تدوین شده است که روش تحلیل دینامیکی را با الگوریتم بهینه سازی رقابت استعماری مرتبط ساخته تا مقادیر بهینه ی طراحی را ارائه کند. مزیت عمده ی روش پیشنهادی، استفاده از نقاط کنترلی در راستای ضخامت پوسته به جای توابع پیش فرض برای درصد حجمی مواد که محدودیت هایی را از نظر بهینه سازی اعمال می کنند می باشد. در بین این نقاط، درصد حجمی مواد با استفاده از روش میان یابی با توابع هرمیت پیش بینی شده است. بهینه سازی با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری انجام گرفته است. نتایج بهینه سازی کارایی روش پیشنهادی را نشان می دهد و مزیت این روش انعطاف پذیری و همگرایی آسان تر آن در تعیین ساختار بهینه است.
    کلیدواژگان: الگوریتم رقابت استعماری، پوسته استوانه ای، ماده هدفمند، بار متحرک، روش نقاط کنترلی
  • جواد شهبازی کرمی، غلامحسن پایگانه*، داود نوربخش، کیان تفضلی اقوامی صفحات 329-338
    امروزه یکی از مهم ترین عوامل در صنعت، تولید در کوتاه ترین زمان ممکن با کمترین هزینه و بالاترین کیفیت می باشد. در این راستا، محققان روی به سوی ابداع روش ها و تکنولوژی های جدید برای برآوردن این نیازهای صنعت آورده اند. یکی از این روش ها، شکل دهی با ضربه مایع است که به طور فزاینده ای در حال گسترش در صنعت به خصوص صنایع خودروسازی و هوافضا می باشد. در این روش، که از فرآیندهای هیدروفرمینگ لوله ای محسوب می شود، شکل گیری با استفاده از فشار مایع صورت می گیرد. در این مقاله، فرآیند شکل دهی با ضربه مایع برای یک لوله جدار نازک از جنس آلومینیم به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفت. در بخش تجربی، به منظور تغییر شکل سطح مقطع لوله آلومینیومی به یک چندضلعی، قالبی طراحی و ساخته شد که در انتهای فرآیند، شکل هندسی استوانه لوله را به یک پروفیل با سطح مقطعی تقریبا مشابه با ذوزنقه تبدیل می نماید. آزمایش ها نشان داد که قالب از نوع سنبه ماتریس در این فرآیند برای هندسه مورد نظر مناسب نمی باشد، در حالی که با استفاده از قالب دیگری که شامل سه قسمت بود شکل دهی به خوبی انجام گرفت. در ادامه، شبیه سازی این فرآیند با استفاده از روش اجزای محدود انجام گرفت و نتایج مربوط به توزیع تنش فون مایزز، تغییر مکان ها، انرژی کرنشی، انرژی داخلی، تغییر ضخامت و نیروی لازم برای انجام فرایند استخراج شد. توزیع تغییر مکان لوله در نواحی مختلف نشان داد که هیچ چروکیدگی در نمونه ایجاد نگردید. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی و کار تجربی مطابقت خوبی بین آن ها نشان داد.
    کلیدواژگان: هیدروفرمینگ لوله، شکل دهی با ضربه مایع، شبیه سازی اجزای محدود‬‬
  • علی سلک غفاری*، کسری دریانی تبریزی، سعید حسینی، علی مقداری صفحات 339-346
    در این مقاله طراحی، ساخت و کنترل یک ربات ماهی با دم انعطاف پذیر ارائه شده است. در ابتدا تاریخچه ای از رباتماهی ها، الگوریتمهای کنترلی مورد استفاده و پژوهشهای صورت گرفته در این حوزه مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه، مکانیزم حرکتی ربات پیشنهادی ارائه شده و طراحی بخشهای مکانیکی و الکتریکی آن به تفصیل مورد بررسی قرار میگیرد. در طراحی ربات پیشنهادی، ابعاد و ساختار آن از یک ماهی قزل آلای رنگین کمان الگو برداری شده است. سازه ربات ماهی مورد نظر از دو قسمت مشتمل بر بدن و دم انعطاف پذیر تشکیل شده است. برای ایجاد حرکت نوسانی دم از یک سروموتور بهره گرفته شده که در آن حرکت نوسانی با مدولاسیون پهنای پالس کنترل میگردد. بخش الکتریکی ربات شامل برد الکتریکی، مدارهای الکترونیکی و میکرو کنترلر روی یک شاسی آلومینومی نصب گردیده و پس از قرار گرفتن در محفظه مورد نظر آب بندی گردید. دم انعطاف پذیر به انتهای محفظه آب بندی شده متصل و انتقال نیروی عملگر الکتریکی به آن توسط پولی و کابل سیمی کششی صورت گرفت. با عنایت به اینکه سیستم دینامیکی مورد نظر غیر خطی است از یک کنترلر فازی برای کنترل حرکت ربات ماهی جهت رسیدن به هدف بهره گرفته شد. حرکت ربات ماهی در فرایند حلقه بسته توسط نرم افزار متلب شبیه سازی گردید و عملکرد آن به صورت تجربی در یک محیط محدود مورد آزمایش قرار گرفت. عملکرد قابل قبول این ربات در کنار سادگی طراحی آن از ویژگی های بارز سیستم پیشنهادی است.
    کلیدواژگان: ربات ماهی، کنترلر فازی، دم انعطاف پذیر
  • سجاد پیرمحمد*، حمید نیکخواه، سبحان اسماعیلی صفحات 347-358
    سازه های جدار نازک به عنوان جاذب های انرژی بطور گسترده در صنایع خودروسازی، ریلی و هوایی به کار گرفته می شوند. در این مقاله به بررسی رفتار لهیدگی لوله های جدار نازک تحت بارگذاری دینامیکی محوری پرداخته شده است. مدلسازی های عددی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود ال اس-داینا انجام شده و برای اعتبارسنجی نتایج تحلیل ها، ابتدا لوله مربعی با به کارگیری دستگاه تست یونیورسال مورد آزمایش لهیدگی قرار گرفته و سپس این لوله در ال اس-داینا شبیه سازی شده و نتایج آن با نتایج حاصل از آزمایش مقایسه شده است. پس از حصول اطمینان از تطابق مناسب نتایج شبیه سازی عددی و تجربی، در مرحله بعد شبیه سازی های عددی بر روی لوله های دو جداره با مقاطع مختلف مربعی، شش ضلعی و هشت ضلعی تقویت شده با ورقه های داخلی و با مقیاس های (نسبت اندازه ضلع مقطع لوله داخلی به اندازه ضلع مقطع لوله خارجی) متفاوت 0، 0.25، 0.5، 0.75 و 1 تحت بارگذاری دینامیکی محوری انجام شده است. جهت تعیین بهترین لوله از نظر جذب انرژی، از روش تصمیم گیری چند معیاره تاپسیس استفاده شده است. نتایج نشان داد که لوله دو جداره با مقطع هشت ضلعی و با مقیاس های 0.25 و 0.5 دارای رفتار لهیدگی بهتری است. برای تعیین مقادیر بهینه مقیاس و ضخامت این لوله از روش رویه پاسخ و معیار D- بهین توسط طراحی آزمایش ها استفاده شده است. در نهایت میزان جذب انرژی لوله دو جداره هشت ضلعی با تعداد چهار و هشت تقویتی مقایسه شده و لوله دو جداره هشت ضلعی با چهار تقویتی به عنوان لوله بهینه با نیروی بیشینه برخورد کمتر انتخاب شده است.
    کلیدواژگان: رفتار لهیدگی، جذب انرژی، بارگذاری دینامیکی محوری، لوله های دو جداره، بهینه سازی چند هدفه
  • سید حسین گنجیانی، علیرضا حسین نژاد* صفحات 359-365
    در این کار، اثر طول نانولوله کربنی بر یک سیستم جذب انرژی نانوسیالی با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی بررسی شده است. برای این منظور 6 طولnm 5، 6 nm، 7 nm، 8 nm، 9 nm و nm 10 برای هر یک از چهار نانولوله کربنی صندلی تک جداره صلب (8،8)، (10،10)، (12،12) و (14،14) انتخاب شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که در طول و قطر های مختلف نانولوله کربنی، سطح نانولوله کربنی بدون اصطکاک است که باعث می شود بعد از اعمال یک سیکل بارگذاری-باربرداری بر سیستم، مولکول های آب بطور کامل از نانولوله کربنی خارج شوند. زاویه تماس که متناظر با شدت آب گریزی سطح نانولوله کربنی است، با افزایش طول و قطر نانولوله کربنی بطور متوسط به ترتیب 4 و 2 درصد کاهش می یابد؛ در نتیجه، فشار نفوذ مولکول های آب به درون نانولوله کربنی بطور متوسط به ترتیب 30 و 15 درصد کاهش می یابد. بعلاوه، با افزایش قطر و طول نانولوله کربنی جرم و اندازه آن افزایش یافته و باعث کاهش چگالی و بازده جذب انرژی در سیسستم جذب انرژی نانوسیالی می شود. همچنین چگالی شعاعی مولکول های آب در نانولوله کربنی برخلاف توده فاز مایع غیریکنواخت بوده و با افزایش طول نانولوله کربنی مقدار آن در هر دو پوسته کاهش یافته و در فاصله میان آنها افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: فشار نفوذ، کشش سطحی، زاویه تماس، تبدیل انرژی
  • مجید خدادادی، حسین امیرآبادی*، سیدمحمدحسین سیدکاشی صفحات 366-374
    آلیاژهای اینکونل، خانواده ای از سوپرآلیاژهای پایه نیکل هستند که محدوده وسیعی از ترکیبها و خواص را در برمی گیرند. اینکونل 718 جزئی از این سوپر آلیاژ ها می باشد که به دلیل خواص مکانیکی مناسب مانند استحکام خزشی و مقاومت در برابر خوردگی در دمای بالا، در صنایع هوافضا مورد استفاده قرار می گیرد. علیرغم این مزیت ها، اینکونل 718 به سختی ماشینکاری می شود. در این مقاله فرآیند ماشینکاری متعامد اینکونل 718 به منظور بررسی پارامترهای موثر بر نیرو، دما و شکل براده شبیه سازی شده است. شبیه سازی به صورت دو بعدی و با کمک نرم افزار آباکوس انجام گردید. برای تعیین رفتار ماده از ضرایب جانسون-کوک، و برای مدل سازی شرایط اصطکاکی از فاکتور برشی ثابت (m) در سطح تماس براده-ابزار استفاده شد. سپس نتایج حاصل از شبیه سازی با مقادیر تجربی مقایسه گردید که تطابق خوبی بین آن ها وجود داشت. پس از اعتبار سنجی نتایج شبیه سازی، به کمک روش طراحی آزمایش ها، میزان اثر ضریب اصطکاک، سرعت برشی، پیشروی و زاویه براده ابزار بر روی نیروی وارد بر ابزار، دمای لبه برنده ابزار و شکل براده بدست آمد. طبق نتایج بدست آمده، پارامترهای پیشروی با 30% و ضریب اصطکاک با 19% بیشترین تاثیر را بر روی نیروی وارد بر ابزار دارند. پارامترهای زاویه براده با 31%، سرعت برشی با 21% و پیشروی با 20% بیشترین تاثیر را بر روی دمای لبه برنده ابزار دارند. همچنین پارامترهای ضریب اصطکاک و پیشروی با 25% بیشترین تاثیر را بر روی شکل براده دارند.
    کلیدواژگان: ماشینکاری متعامد، اینکونل 718، شکل براده، طراحی آزمایش
  • سیدعلی هاشمیان*، بهنام معتکف صفحات 375-386
    کیفیت ظاهری سطوح بدنه خودرو از جمله پارامترهایی است که در سال های اخیر به شکل قابل ملاحظه ای مورد توجه طراحان صنعت خودروسازی در سراسر دنیا قرار گرفته است. بیشتر اجرای بدنه خودرو از ورق های فلزی انعطاف پذیر ساخته شده است که به راحتی و در اثر اعمال نیرویی هرچند ناچیز دچار تغییرشکل و اعوجاج می شوند. در نتیجه، وجود خطاهای ناشی از فرآیندهای ساخت و مونتاژ قطعات تشکیل دهنده بدنه، باعث تغییرات زیادی در مجموعه نهایی نسبت به مدل ایده آل گردیده و در نهایت، کیفیت ظاهری و جلوه های زیبایی خودرو را تحت تاثیر قرار می دهد. بررسی اثر این خطاها که معمولا به دلیل وجود تلرانس های ابعادی، هندسی و یا مونتاژی در قطعات تشکیل دهنده یک سازه رخ می دهد، به وسیله تحلیل تلرانسی محقق خواهد شد. به عنوان یکی از کاربردهای مهم تحلیل تلرانسی در صنعت، در این تحقیق به ارزیابی کیفیت ظاهری بدنه خودرو به عنوان تابعی از خطاهای مونتاژی مجموعه پرداخته شده است. در متدلوژی ارائه شده با بهره گیری از تحلیل اجزای محدود غیرخطی و معرفی روش های ارزیابی کیفیت سطوح، روشی نظام مند برای سنجش کیفیت ظاهری بدنه خودرو ارائه شده است. تئوری مذکور بر روی بدنه یک خودرو پیاده سازی و همخوانی نتایج آن با داده های عملی بدست آمده از خط تولید بررسی شده است.
    کلیدواژگان: تحلیل تلرانسی، سازه های ورقی انعطاف پذیر، تحلیل اجزای محدود غیرخطی، ارزیابی کیفیت ظاهری سطوح
  • هادی حیدری، محمدرضا قضاوی*، اصغر نجفی صفحات 387-393
    در این تحقیق، تحلیل دینامیکی لوله حاوی سیال دارای حرکت محوری و چرخشی با در نظر گرفتن شرایط مرزی دو سر مفصل انجام شد. لوله به صورت تیر اویلر برنولی در نظر گرفته شد. در این مدل نیروی ژیروسکوپیک و اثر خروج از مرکز در نظر گرفته شدند. معادلات حرکت با استفاده از اصل همیلتون بدست آمدند و دو معادله حرکت برای حرکت های عرضی بدست آمد. معادلات حرکت بی بعد شده با استفاده از روش گالرکین گسسته سازی شدند و با استفاده از روش رانگ کوتای مرتبه 15s حل شدند. پاسخ فرکانسی سیستم بر حسب سرعت دورانی بی بعد بدست آمد. نمودار های انشعاب برای سرعت دورانی بی بعد لوله، سرعت بی بعدسیال و سرعت بی بعد شده حرکت محوری لوله بدست آمدند و رفتار دینامیکی با استفاده از نگاشت پوانکاره مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که با افزایش سرعت محوری بی بعد لوله، سرعت بی بعد سیال و همچنین سرعت دورانی بی بعد، پاسخ سیستم افزایش می یابد و پس از عبور از ناحیه بحرانی مقدار پاسخ کاهش می یابد. در ناحیه بحرانی سرعت محوری بی بعد، سیستم به سمت ناپایداری می رود. نگاشت پوانکاره رفتار پریودیک را در برخی از نقاط پارامتر کنترلی در ارتعاشات عرضی تیر نشان می دهد. برای صحه گذاری نتایج از نمودارهای صفحه فاز سیستم و FFT (تبدیل فوریه سریع) استفاده شد.
    کلیدواژگان: روش گالرکین، سرعت بحرانی، پارامتر کنترلی، نمودار انشعاب، نگاشت پوانکاره
  • محمدمهدی مرادی، حامد جمشیدی اول*، روح الله جماعتی صفحات 394-402
    در این پژوهش فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی برای جوشکاری لب به لب آلیاژهای غیرمشابه آلومینیم AA2024-T351 و AA6061-T6 استفاده شد. جوشکاری توسط ابزار با پین هرم مربعی ناقص انجام شد. تاثیر سرعت چرخشی و سرعت خطی ابزار بر روی ریزساختار، ماکروساختار و خواص مکانیکی اتصال ها بررسی شد. آلیاژ آلومینیم AA2024 به دلیل داشتن تنش سیلان بالاتر نسبت به آلیاژ آلومینیم AA6061 در دماهای بالا، در جهت پیشرو و آلیاژ آلومینیم AA6061 در جهت پس رو قرارگرفت. در بررسی های ماکرو مشاهده شد که در نسبت سرعت چرخشی به خطی بالاتر از 31.25 دور بر میلی متر مقطع عرضی اتصال دارای عیب حفره تونلی است. با افزایش حجم حرارت ورودی سیلان مواد در سطوح مختلف در عمق اتصال همگن تر شد و میزان آلیاژ آلومینیم AA2024 در منطقه اغتشاشی افزایش یافت. همچنین در نسبت های سرعت چرخشی به خطی بالاتر از 40 دور بر میلی متر اثر سرعت تغییر شکل و در نسبت های کمتر اثر دما بر اندازه دانه منطقه اغتشاشی غالب شد. اعمال آفست به ابزار در حین جوشکاری به سمت پس رو باعث بهبود سیلان مواد در منطقه اغتشاشی و افزایش استحکام اتصال اصطکاکی اغتشاشی شد.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، آلیاژ آلومینیم، سیلان مواد، خواص مکانیکی
  • علی موسوی محمدی، علیرضا اکبرزاده* صفحات 403-413
    این مقاله به بررسی فرآیند راهنمایی دستی و آنلاین ربات ها به روش کنترل امپدانس و با دوری از نقاط تکین می پردازد. در این روش کاربر به فضای کاری ربات رفته و مجری نهایی که مجهز به سنسور نیرو است را در دست می گیرد. کاربر با راهنمایی ربات، مسیر مطلوب برای فرآیندهایی مانند جوشکاری و رنگ زنی را به صورت آنلاین تولید می کند. به دلیل وجود احتمال تکینگی و با توجه به تعامل فیزیکی انسان و ربات باید شناسایی فاصله و راستای تکینگی در حین تولید مسیر به صورت بلادرنگ انجام شود زیرا نزدیکی به تکینگی می تواند باعث سرعت زیاد و غیر منتظره مفاصل ربات شود. بدین منظور از روشی ساده به نام بیضیگون حرکت پذیری استفاده می شود. با ترکیب دو روش کنترل امپدانس و بیضیگون حرکت پذیری، رویکردی ساده و جدید برای راهنمایی دستی ربات ها پیشنهاد شده است که به کمک آن می توان پیش از وقوع تکینگی به کاربر هشدار داد. بر اساس این رویکرد در فاصله مشخص از نقاط تکین، اثر نیرو در خلاف راستای تکینگی به دست انسان وارد می گردد. مزیت اصلی این رویکرد امکان پیاده سازی بلادرنگ و تضمین سلامت کاربر به دلیل دوری از تکینگی می باشد. آزمایش های عملی روی یک ربات اسکرای بلادرنگ انجام شده است. در آزمایش اول، تولید مسیر به محض بوجود آمدن نیروی مخالف متوقف شده اما در آزمایش دوم کاربر به ادامه مسیر خود اصرار ورزیده است. بررسی نتایج آزمایش ها، نشانگر توانایی موثر رویکرد پیشنهادی در برخورد با مساله تکینگی در حین تولید مسیر توسط کاربر برای ربات های صنعتی است.
    کلیدواژگان: راهنمایی دستی، ربات های صنعتی، تولید مسیر، کنترل امپدانس، بیضیگون حرکت پذیری
  • فرشاد یادگاری، اردشیر کرمی محمدی* صفحات 414-420
    ویژگی های بی نظیر گرافن، زمینه را برای استفاده از این ماده در موارد گوناگون از جمله سیستم های دارای حرکت محوری در ابعاد نانو فراهم کرده است. وجود حرکت محوری در سیستم ها موجب تغییر رفتار دینامیکی و ارتعاشی آن ها می گردد. در این پژوهش ارتعاشات یک نوار گرافنی دولایه دارای سرعت محوری ثابت با در نظر گرفتن اثر برش بین لایه ای و از طریق تئوری غیرموضعی الاستیسیته بررسی شده است. بر مبنای این تئوری تنش در یک نقطه تابعی از کرنش در تمام نقاط جسم است. با توجه به ضخامت بسیار پایین لایه های گرافن و طول نوار، هر لایه بر اساس تئوری تیر اویلر برنولی مدل شده است. فرض بر این بوده است که جابه جایی های عرضی و انحنای هر دو لایه با هم برابر بوده و هیچ گونه جدایی بین سطوح لایه ها هنگام حرکت رخ ندهد. یک مدول برشی برای در نظر گرفتن اثر برش بین لایه ای ناشی از پیوندهای ضعیف واندروالس در انرژی پتانسیل سیستم وارد شده است. با استفاده از روش همیلتون معادله سیستم به دست آمده و به کمک روش گالرکین حل شده است. نتایجی برای شرایط مرزی یک سرگیردار- یک سرآزاد به دست آمده و با نتایج سایر مقالات موجود نیز مقایسه و اعتبارسنجی شده است. نتایج کاملتر برای شرایط مرزی دوسرمفصل به دست آمده و مشاهده می شود افزایش سرعت محوری موجب ایجاد ناپایداری های دیورژانس و فلاتر در سیستم می شود. همچنین تاثیر تغییرات مدول برشی و پارامتر غیرموضعی بر روی سرعت های بحرانی بررسی شده است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات، نوار گرافن، حرکت محوری، تئوری غیرموضعی، ناپایداری
  • پیام نوری زاده، عقیل یوسفی کما*، موسی آیتی صفحات 421-428
    در این مقاله به کنترل بهینه ربات زمینی چرخدار غیرهولونومیک براساس کنترل کننده LQG پرداخته شده است. به دلیل غیرخطی بودن معادلات سینماتیکی حاکم بر این ربات ها، کنترلگرهای غیرخطی نقش مهمی را در کنترل آن ها برعهده دارد. در این مقاله پارامترهای معادلات سینماتیکی حاکم به کمک روش های شناسایی سیستم ها و براساس داده های آزمایش استخراج شده است. مدل های گسسته خطی در پارامتر در نظر گرفته شده و مرتبه بهینه ی مدل و کارایی مدل با کمک آزمون های آماری بدست آورده شده است. پارامترهای مدل با روش حداقل مربعات (LS) و نحوه همگرایی پارامترهای مدل با روش حداقل مربعات بازگشتی (RLS) با ضریب فراموشی تخمین زده شده اند. با استخراج و صحت سنجی مدل گسسته خطی با داده های آزمایش عملی، امکان طراحی کنترلگرهای خطی میسر گردیده اند. بدین منظور کنترلگر بهینه LQG برای ردیابی مسیر هدف توسط ربات زمینی چرخدار طراحی شده که در آن با کمک تخمین گر کالمن، امکان تخمین بخشی از متغیرهای حالت که در دسترس نبوده اند، میسر گردیده است. به کارگیری کنترلگر خطی بهینه به همراه شناسایی سیستم، موجب سادگی و کاهش حجم محاسبات در مقایسه با کنترلگرهای غیرخطی گردیده است. در نهایت کنترلگر طراحی شده در محیط نرم افزار متلب- سیمولینک شبیه سازی شده است و نتایج نشان دهنده کارایی مناسب کنترلگر در ردیابی مسیر مطلوب می باشد.
    کلیدواژگان: ربات زمینی چرخدار، شناسایی سیستم ها، حداقل مربعات بازگشتی، کنترلگر LQG، تخمین گر کالمن
  • مجتبی هاشمی، علی کمالی ایگلی*، مهیار نراقی صفحات 429-436
    روش های جبری تخمین عیب بر اساس مشاهده گرهای ورودی نامعلوم، با فرض برقراری شرط تطابق بین خروجی و ورودی نامعلوم قابل پیاده سازی هستند. شرط تطابق کاربردهای عملی این روش ها را محدود می کند. در این مقاله روشی برای تخمین عیب ارائه شده که نیازی به برقراری شرط تطابق نیست. بر خلاف روش های معمول در روش ارائه شده در این مقاله نیازی به تخمین خروجی کمکی، برای تخمین عیب برای سیستم های با ورودی نامعلوم نامنطبق نمی باشد. در روش پیشنهادی ابتدا ورودی نامعلومی به دو ورودی منطبق و نامنطبق تقسیم شده و سپس با فرض وجود مدل دینامیکی برای ورودی نامعلوم نامنطبق و اضافه کردن این مدل به مدل اصلی، سیستم جدیدی حاصل شده که تنها دارای ورودی نامعلوم منطبق است. برای سیستم جدید که شرایط تطابق برای ورودی نامعلوم آن صدق می کند، با استفاده از استراتژی حذف کامل اثر ورودی نامعلوم، مشاهده گر مرتبه کاملی طراحی شده که قادر است تمام متغیرهای حالت را تخمین بزند. برای تخمین عیب از قانون تطبیق سریع بهره برده شده که شرایط پایداری و وجود آن توسط قیود LMI بیان گردیده است. در انتها کارایی روش پیشنهادی با حل یک مثال عددی بر روی تک لینکی با مفصل انعطاف پذیربررسی شده است.
    کلیدواژگان: ورودی نامعلوم نامنطبق، تخمین عیب، مشاهده گر تطبیقی سریع
  • فرناز جمادی* صفحات 437-448
    در مطالعه حاضر پس از ساخت و راه اندازی یک آبگرمکن سهموی خورشیدی با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی مدلی کارآمد برای پیش بینی راندمان آبگرمکن پیشنهاد می شود. شبکه عصبی دارای توانایی برقراری ارتباط منطقی میان پارامترهای ورودی و هدف است. زمانی که شرایط برای اندازه گیری داده ها مطلوب است، راندمان به عنوان تابعی از پارامترهای ورودی شبکه آموزش می یابد و از تابع آموزش یافته شبکه می توان برای پیش بینی راندمان سیستم خورشیدی استفاده کرد. داده های مورد استفاده شبکه عصبی با انجام آزمایش هایی روی کلکتور سهموی خطی، در چهار روز از خرداد ماه اندازه گیری شده است. متغیرهایی همچون تابش خورشید، دمای محیط، زمان و دمای سیال خروجی به عنوان ورودی های شبکه و راندمان آبگرمکن سهموی به عنوان خروجی شبکه در نظر گرفته شده است. مدل های مختلفی از شبکه عصبی با در نظر گرفتن تعداد متفاوتی از متغیرهای ورودی و نورون ها ارائه شده است. با افزایش پارامترهای ورودی خطای میانگین مربعی کاهش و دقت مدل افزایش می یابد. بنابراین در میان تمام مدل ها، مدل 6 با ساختار 1-10-4 (که شامل تمام پارامترهای ورودی است) با خطای جذر میانگین مربعی 0.0061 و ضریب همبستگی 0.99995 برای داده های آموزش دقیق ترین مدل است. با توجه به امکان پذیر نبودن انجام آزمایش های تجربی در شرایط مشابه، مدل ارائه شده می تواند با صرفه جویی هزینه و کاهش زمان تحقیقات در پیش بینی راندمان آبگرمکن مورد مطالعه موثر واقع شود.
    کلیدواژگان: راندمان، آبگرمکن خورشیدی، شبکه عصبی، کلکتور سهموی خطی، تابش خورشید
  • بهنام خلیلی، محمد رهنما*، سعید جعفری، ابراهیم جهانشاهی جواران صفحات 449-458
    بررسی بر هم کنش میان ذرات جامد و سیال به عنوان مقدمه ای بر شبیه سازی بسیاری از مسائل مهندسی مانند بسترهای سیالی، ته نشینی ذرات و جوهر کاتالیست در سلول های سوختی مورد بررسی قرار گرفته است. یکی از روش های مناسب برای انجام این گونه شبیه سازی ها، ترکیب دو روش شبکه بولتزمن و نمایه هموار می باشد که دارای یک الگوریتم مناسب برای اجرا شدن به صورت موازی می باشند. روش نمایه هموار همانند روش شبکه بولتزمن از یک شبکه ثابت برای شبیه سازی ذرات جامد در سیال استفاده می کند و از این رو یک روش کارامد برای پردازش موازی به کمک کارت گرافیک می باشد. در کار حاضر، پیاده سازی یک الگوریتم مناسب برای موازی سازی ترکیب دو روش نمایه هموار و شبکه بولتزمن روی کارت گرافیک ارائه می شود. به منظور بررسی صحت نتایج، ابتدا جریان سیال درون کانال مورد بررسی قرار گرفت. نتایج زمانی حاکی از آن بود که زمان حل می تواند تا 80 برابر بوسیله کارت گرافیک کاهش یابد. در ادامه نیروی پسای وارد بر یک کره در جریان سیال و همچنین شبیه سازی سقوط یک ذره در سیال ساکن بر اثر نیروی وزن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده بر روی کارت گرافیک، نشان دهنده افزایش توان محاسباتی تا 6.5 میلیون گره محاسباتی در واحد زمان را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: روش شبکه بولتزمن، روش نمایه هموار، پردازش موازی، برهم کنش جامد، سیال
|
  • Roohollah Talebi Tooti *, Amir Mohammad Choudari Khameneh Pages 1-11
    In this paper, sound transmission loss through double-walled orthotropic cylindrical shells based on three-dimensional elasticity theory is investigated. Hence, the purpose of this paper is to analyze the effect of the acoustic wave incidence under two different angels on sound transmission loss through the shell. The present model is a double-walled orthotropic cylindrical shell immersed in a fluid with an infinite length, whereas the acoustic plane incident waves impinge upon the shell with two different angels of θ and δ. The state space method is used to investigate the laminate approximated model along with transfer matrix approach for modeling both walls of cylindrical shell. In order to consider the two different angles of θ and δ, the corresponding wave equations have been modified according to the wave numbers. Comparing the results obtained from presents study with those of other researchers shows an excellent agreement between the results. Moreover, the effects of different parameters on sound transmission loss through the shell have been evaluated. The results show an enhancement of sound transmission loss in double-walled cylindrical shells rather than single-walled cylindrical shells particularly in high frequency range. Also, the results indicate the dependency of sound transmission loss on both of two θ and δ angels. In other word, the variety of two incident angles may cause the significant variations in sound transmission loss.
    Keywords: Sound transmission loss, Three, dimensional elasticity, Double, walled orthotropic, State space method, Transfer matrix
  • Moharam Habibnejad Korayem*, Hasan Aslani Payan, Ahmad Homayooni, Rouzbeh Nouhi Hefzabad Pages 12-18
    In this paper, the modeling and simulation of manipulation of carbon nanoparticles have been investigated. The geometry plays a significant role in the dynamic behavior of nanoparticles manipulation and the evaluation of different geometric shapes of nanoparticles in this process is very important. To examine the geometry effects, the manipulation of a different kind of the nano-carbon allotropes has been studied. Furthermore, the manipulation of carbon nanotubes with different diameter has been simulated. For this purpose, the molecular dynamics method has been used to improve our knowledge and understanding about the nanomanipulation processes and dynamics. In the manipulation of carbon allotropes, the results indicated that more spherical allotrope Modes away, the easier manipulation process occurred and the forces on the probe have been reduced; this is due to the curvature of tip and nanoparticle. The results of nanotubes manipulation showed that increasing the diameter of the nanotube causes to increase the force on the probe. The indentation depth was extracted for each nanotube during the manipulation process. The results indicated that the indentation depth increases versus diameter increasing. According to the application of carbon-based structures and nanotubes as the drug carriers in medicine, such this simulation studies can reduce time and cost of experimental projects in this field.
    Keywords: manipulation, Nanorobotics, Molecular Dynamics, Allotropes of carbon, Geometry effects
  • Vahid Tikani, Hamed Shahbazi * Pages 19-28
    This paper presents a completely practical control approach for quadrotor drone. Quadrotor is modelled using Euler-Newton equations. For stabilization and control of quadrotor a classic PID controller has been designed and implemented on the plant and a fuzzy controller is used to adjust the controller parameters. Considering that quadrotor is a nonlinear system, using classic controllers for the plant is not effective enough. Therefor using fuzzy system which is a nonlinear controller is effective for the nonlinear plant. According to the desire set point, fuzzy system adjusts the controller gain values to improve the performance of quadrotor and it leads to better results than classical PID controller. To study the performance of fuzzy PID controller on attitude control of the system, a quadrotor is installed to the designed stand. The system consists of accelerometer and gyroscope sensors and a microcontroller which is used to design fuzzy PID attitude controller for the quadrotor. Considering that the experimental data has lots of errors and noises, Kalman filter is used to reduce the noises. Finally using the Kalman filter leads to better estimation of the quadrotor angle position and the fuzzy PID controller performs the desired motions successfully.
    Keywords: Fuzzy PID controller, Quadrotor, Kalman filter, Fuzzy system, Attitude controller
  • Saeed Amini *, Alireza Abbasi, Ghanbarali Shikhzadeh Pages 29-36
    In this study, the use of Ultrasonic Peening Technology (UPT) on the of mill rollers graphite steel (GSH48) for enhancement of some of the surface mechanical properties was surveyed. One of the new technologies for severe plastic deformation is ultrasonic peening technology in which vibratory tool strikes the workpiece surface with continual reciprocating motions, resulting in severe plastic deformation on surface. This method improves mechanical properties like hardness, surface roughness, fatigue life and tension strength. With simulation and manufacturing of peening vibratory tool, preparation of process was accomplished including setting up the ultrasonic vibratory tool on lathe machine. The investigation of hardness tests, surface roughness, fatigue and tension strength on the pieces was performed in different conditions, before and after the process of ultrasonic peening with one, two and three passes. The results showed increase of hardness up to %36 in depth of 0.2 mm. Also, the surface roughness was reduced from Ra=1.376 µm to Ra= 0.545 µm. The most improvement in surface roughness and fatigue life was observed at the pieces with three passes of ultrasonic peening.
    Keywords: Ultrasonic Peening Technology, Horn, Transducer, Abaqus, mechanical properties
  • Mansour Baghalian, Ali Akbar Akbari * Pages 37-46
    Recently, H-Infinity adaptive fuzzy controller (HAFC) and its potential application in improving vehicle stability has some attention. This paper studied this application by developing a nonlinear model for the vehicle suspension mounting point displacement (SMD) and the variable geometry suspension system (VGS). The VGS model was developed by deriving the kinematic equations from the vehicle double wishbone suspension system for the vehicle handling model with eight degrees of freedom (8DOF). The limited area of the SMD necessitates the use of a proper controller, so this paper investigated the suitability of a proportional-integral-derivative controller (PID), an adaptive fuzzy controller (AFC), and HAFC for this purpose. The stability status and adaptation laws were assessed by Lyapunov synthesis and the result showed that integral of square error (ISE) achievable by HAFC for two standard maneuvers is lower than PID and AFC. The result also showed that SMD of HAFC is lower than AFC and extremely PID. The use of HAFC also resulted in the best vehicle stability, soft response and robustness.
    Keywords: H, Infinity adaptive fuzzy control, variable geometry suspension system, new nonlinear model of VGS, vehicle stability
  • Zahra Matin Ghahfarokhi, Mahdi Moghimi Zand, Mehdi Salmani Tehrani * Pages 47-56
    This paper deals with studying and developing a proper constitutive model for liver tissue. For this purpose, deformation of liver in uniaxial compression, for two different strain rates, is analytically and numerically studied, based on both hyperelastic and hyperviscoelastic constitutive models. Both of the models are based on a polynomial-form energy function. The stress-strain curves, for uniaxial compression, obtained from these models, have been fitted to the existing experimental data to determine the model coefficients. Moreover the models are examined in uniaxial tension and pure shear loadings. ABAQUS commercial software, in which both of the models are available, has been used for numerical simulations. Then, to evaluate the computational analyses, analytical and numerical results have been compared with each other and also with the existing experimental data. The results show that the presented analytical solution and FE simulation are very close together and also both are accurate enough, compared with the experimental data and an acceptable stability is observed. Furthermore the effect of friction coefficient between the sample and the compressing plate in uniaxial compression test has been investigated. FE simulation results show that the stress will increase with increasing friction coefficient. This implies that friction coefficient must be carefully selected to accurately describe the tissue’s response. Compared with previously published researches on other tissues, the constitutive models adopted here to predict liver behavior is mathematically more complex due to non-zero material constants. Analytical solution of these constitutive models is, in fact, the main challenge and innovation of this paper.
    Keywords: Liver Soft Tissue, Mechanical Behavior, Analytical Solution, Finite Element Simulation, Hyperviscoelastic Model
  • Rahman Seifi *, Kaveh Abasi Pages 57-64
    Interference fitting widely used in the industry for connecting shafts and bushes. These type of joints are widely used as support of bearing machine parts. Rrepeated disassembling of shaft and bush interference fit, performed to repair and maintenance of machine parts, may cause serious damage to surface of joint parts depending on the roughness and surface quality of contact surface of joint parts. Bushes are usually expendable parts, but the shaft parts are long integrated and complex parts which supports other components of machine. So providing a way to repair the shaft surface can be considered crucial and leads to restoration of damaged shaft and reduced costs. In this study, we have investigated the effect of interference surface roughness on strength, friction coefficient of the contact surface and surface damage of interference fit joints during the disassembling procedure. Finite element and experimental analysis were performed to estimate friction coefficient in contact surface of joint parts. Also, magnified pictures of contact surfaces were applied, to evaluate the extent of damage in contact surface after disassembling of joints parts. Hard chromium plating was proposed to repair the shaft surface and the effect of hard chromium plating on strength of shaft and bush joints were measured experimentally. The results confirm successful use of hard chrome plating in repairing the shaft surface so that the strength of restored shaft joints were equal and in some instances even more than the initial joints.
    Keywords: Interference fit joint, Finite element analysis, Extraction strength, Hard chromium plating
  • Mohsen Nazari *, Atena Ghaderi, Mohammad Hassan Kayhani Pages 65-76
    In this study, falling ferrofluid droplet behavior in nonmagnetic viscous fluid under the uniform magnetic field in two-phase flow is studied numerically. To this approach, a hybrid lattice-Boltzmann base shan-chen model and finite-volume method is used. The lattice Boltzmann equation with the magnetic force term is solved to update the flow field while the magnetic induction equation is solved using the finite volume method to calculate the magnetic field. To validate the flow field solution two tests have been considered: the free bubble rising and Laplace law. In order to validate the magnetic field, permeable circle and deformation of static drop under magnetic field is simulated. The comparison of results between present study and previous researches shows that there is a good agreement between the results. The effects of the magnetic Bond number, susceptibility and magnetic field direction on deformation of the falling droplet are investigated. The results show that increase in the magnetic Bond number or susceptibility leads to a larger deformation of the droplet. Also in horizontal magnetic field, the falling process takes more time in compared to the vertical magnetic field.
    Keywords: Two phase flow, Lattice Boltzmann Method, Shan–Chen model, Ferrofluid, Uniform magnetic field
  • Mohsen Boojari, Esmail Mahmoodi *, Ali Abbas Nejad, Sasan Sarmast Pages 77-86
    Wind turbines are highly complex structures for numerical flow simulation. Today, developments and increasing the use of wind energy in the world has created a demand for increasingly accurate and efficient models for wind applications. Wind turbine wakes have significant effects on decreasing the produced power and blades fatigue loads. thus, the wakes study has great importance in wind turbine simulations. Actuator line model (ALM) is one of the most accurate models for characterization of the flow field and the turbulent wakes created by the turbines. AL model does not require boundary layer resolution and is thus significantly more efficient than the fully-resolved computations. this model can accurately simulate the wakes of wind turbines operating in a flow field without any need to create or import the CAD models of turbine and just by using turbine parameters. In this paper, AL method implemented in openFOAM solver and a new method used to spread forces on actuator lines. in order to validate the results, MEXICO rotor was modeled and large eddy simulation’s turbulence model is used to investigate the flow field around wind turbine. Simulation has been done for two different conditions include design conditions and stalled conditions. Results obtained for predicted wakes and performance parameters, were compared to experimental data and it was observed that the ALM results agree well with measured data. Stall condition’s results were in better agreement with experimental dada so that the thrust had 8.5% difference and the toque and power had 2.8 and 2.4% respectively.
    Keywords: Actuator, Line, Wake, Large Eddy Simulation, MEXICO rotor
  • Mehdi Maerefat*, Sohrab Tahmasebi, Mohammad Reza Ansari Pages 87-96
    In ventilated cavitating flow structure, two parameters are very important, Fr number and gas entrainment coefficient .The objective of this paper is to investigate the ventilated cavitating flow structure by numerical methods and verify with experimental results. The numerical simulation is performed by ANSYS-FLUENT and homogenous mixture model with a free slip velocity and DES turbulence model, and the gravity effect is considered. The results show when the gas entrainment coefficient Qv is constant, two typical mechanisms of the gas leakage exist at different Fr numbers, namely toroidal vortex mode and two hollow tube vortex mode .With the increasing of Fr, the cavity would transfer from the two hollow tube vortices to the toroidal vortices. Moreover, when the Fr number keeps constant, the enlargement of the cavity causes the gravitational effect to be more significant for the case of larger value of Qv. DES turbulence model is combined from two model, SST k – ω and LES model and is suitable for simulating of two hollow tube vortices mode
    Keywords: Ventilated cavitating flow, Gas leakage behavior, Super cavitation
  • Ramin Meshkabadi, Ghader Faraji *, Vahid Pouyafar, Akbar Javdani Pages 97-106
    Metallic alloys exhibit rheological behavior similar to non-Newtonian fluids in the semi-solid temperature range. This behavior can be described using rheological models. In this study, the viscosity of semi-solid 7075 aluminum alloy was measured by using the results of load-displacement signals obtained from two different experiments: parallel plate compression and backward extrusion. The obtained data were used to determine the parameters of the Cross model in a wide range of shear rates. The effects of temperature (solid fraction) and shear rate were studied on the viscosity of the alloy. The results showed that with increasing temperature and decreasing the solid fraction the resistance to flow decreases, resulting in a reduced amount of applied forces. This reduction in applied forces results in reducing the viscosity. It was observed that the behavior of semi-solid alloy is shear thinning in which the viscosity decreases with increasing shear rate. Also, the calculated viscosity values of the four parameters Cross model were in good agreement with the obtained experimental results in a wide range of shear rates. The simulation results showed a good agreement of the presented model for predicting the rheological properties and flow behavior of the semi-solid alloy in a wide range of shear rates.
    Keywords: 7075 Aluminum Alloy, Compression Between Parallel Plate, Backward Extrusion Test, Cross Model, Semi, Solid Forming
  • Morteza Zadkarami, Mehdi Shahbazian*, Karim Salahshoor Pages 107-112
    Oil pipeline leakages, if not properly treated, can result in huge losses. The first step in tackling these leakages is to diagnose their location. This paper employs a data-driven Fault Detection and Isolation (FDI) system not only to detect the occurrence and location of a leakage fault, but also to estimate its severity (size) with extreme accuracy. In the present study, the Golkhari-Binak pipeline, located in southern Iran, is modeled in the OLGA software. The data used to train the data-driven FDI system is acquired by this model. Different leakage scenarios are applied to the pipeline model; then, the corresponding inlet pressure and outlet flow rates are recorded as the training data. The time-domain data are transformed into the wavelet domain; then, the statistical features of the data are extracted from both the wavelet and the time domains. Each of these features are then fed into a Multi-Layer Perceptron Neural Network (MLPNN) which functions as the FDI system. The results show that the system with the wavelet-based statistical features outperforms that of the time-domain based features. The proposed FDI system is also able to diagnose the leakage location and severity with a low False Alarm Rate (FAR) and a high Correct Classification Rate (CCR).
    Keywords: Leak diagnosis, Statistical feature, Wavelet transform, Artificial neural network
  • Keramat Malekzadeh Fard *, Saeed Shokrollahi, Ebrahim Eissazadeh, Alireza Pourmoayed Pages 113-123
    In this paper, the behavior of curved sandwich beam with a soft flexible core, under low-velocity impact, loaded with environmental thermal effects by pursuing the use of the high order shear deformation theory of sandwich structures is investigated. The Sandwich beam is comprised of composite sheets and foam core. The boundary condition is simply supported by probability of circumferential deflection. Two degrees of freedom for mass- spring model was used for modeling the impact phenomena. In the presented formulation, the first order of shearing deformation theory is used for sheets,the core Displacement field is considered unknown and then by using elasticity theory and compatible condition in the core, sheets common face and the relation of stress-strain core deflection are determined. In order to derive the governing equations of beam structure, the Hamilton principle was used. For validation, the results obtained from this research are compared with the results of other researchers and also the numerical result of ABAQUS software. The comparison of results shows good agreement. The effects of various parameters like impact velocity and mass, environmental temperature, core and sheets thickness and materials on core and sheets deflection and core stress and impact force were studied. The obtained results showed that increasing environmental temperature has a slight effect on impact force, but more effect on beam dynamic response. It is also shown that with increasing the hardness of beam, the energy absorption is reduced.
    Keywords: Low, velocity impact, Curved sandwich beam, Environment temperature, High, order theory
  • Hassan Sedghee Rostami, Behrooz Rezaie * Pages 124-134
    In this paper, a control method based on fuzzy systems is presented to drive and keep state of a sample quantum system into a pre-defined region. The considered quantum system is a third-order quantum system and the model of the system is bilinear model. In addition, measurements of the system in the defined region are obtained at each times by considering the effects of such measurements in the internal state of the system. The effect of unwanted inputs and structural uncertainties also are considered as bounded uncertainties in the system’s Hamiltonian. In this paper, it is assumed that the initial state of the system is determined and internal state system are available as the feedback signals at each instant of time. In the proposed control approach, an acceptable region is firstly defined around the desired final state. Then, an adaptive neuro-fuzzy inference system improved using imperialist competitive algorithm is used for driving the system’s state toward the desired final state within this region. In addition, a fuzzy supervisor is utilized to adjust a control parameter for preserving the state of the quantum system inside the defined region. Simulation results, obtained by applying the proposed method to a sample third-order quantum system in presence of bounded uncertainties show the applicability and effectiveness of the method for controlling the quantum systems.
    Keywords: Quantum systems, Fuzzy controller, Improved adaptive neuro fuzzy inference systems, Imperialist Competitive Algorithm
  • Alireza Zahedi *, Mohammad Mirabdoli, Ardeshir Shayan Nezhad Pages 135-142
    In recent years, coinciding with the expansion of biofuel production, attempts have also been made to optimize production processes. In this study, Response Surface Methodology (RSM) was used to investigation the transesterification reaction of rapeseed oil for biodiesel production. Three main factors in order to convert triglycerides into fatty acid methyl esters (FAME) were applied according to a central composite design. These factors were catalyst concentration (NaOH), reaction temperature and time. The yield of methyl ester as the first response was determined using NMR method. The second response was the commercial cost of production. The results showed that the best conditions for producing biodiesel in constant the molar ratio of 1: 6 oil: methanol were the temperature of 47.27 oC, NaOH concentration of 1.24 %wt/wt and reaction time of 30 min. At these optimum conditions, the yield of methyl ester and cost of production is 77.67% and 67 ¢, respectively. Also, some chemical and physical properties of biodiesel were compared with petro-diesel fuel. According to the results, biodiesel fuel is a suitable substitute for petro-diesel fuel.
    Keywords: biodiesel, rapeseed oil, transesterification, design of experiments
  • Alireza Shahriari * Pages 143-154
    In this paper, free convection heat transfer of Al2O3/water nanofluid within an enclosed cavity is studied by adopting the Lattice Boltzmann Model. The left and right side walls of the cavity have a complex-wavy surface and the left wall is heated by a sinusoidal temperature distribution higher than the right cold wall. The top and the bottom horizontal walls are smooth and insulated against heat and mass. In this study, the variation of density is slight thus by using the Boussinesq approximation would be influencing the Hydrodynamics field of the thermal field. The density and energy distribution are both solved by D2Q9 model. The influence of pertinent parameters such as solid volume fraction of nanoparticles, Rayleigh numbers, complex-wavy-wall geometry parameters, phase deviation and amplitude of the sinusoidal temperature function on flow and heat transfer fields are investigated. Results show for Rayleigh numbers in the range of Ra=103 -105, with increasing volume fraction of nanoparticles, Nusselt number increases. In addition, it is shown that for a fixed Rayleigh number, the heat transfer performance depends on tuning the wavy-surface geometry parameters. The greatest effects of nanoparticles are observed for different values of the phase deviation with increasing of Rayleigh number. This study can, provide a useful insight for enhancing the convection heat transfer performance within enclosed cavities with complex-wavy-wall surfaces and sinusoidal temperature distribution.
    Keywords: Nanofluid, Lattice Boltzmann Method, Free Convection, Complex, Wavy, Wall, Sinusoidal Temperature Distribution
  • Mohammad Ali Mohammadi, Aghil Yousefi Koma *, Morad Karimpour, Ehasn Maani Miandoab Pages 155-164
    In this paper, the dynamic behavior of atomic force microscope (AFM) based on non-classical strain gradient theory was analyzed. For this aim atomic force microscope micro-beam with attached tip has been modeled as a lumped mass. Micro-beam has stimulated via a piezoelectric element attached to the end of clamped and non-linear partial differential equation of the system has extracted based on Euler-Bernoulli theory and to be converted into ordinary differential equation by using Galerkin and separation method. The classic continuum theory because of lack of consideration size effect that has been observed in many experimental studies, has little accuracy in predicting the mechanical behavior of Nano devices. In this study, the stability region of micro-beam are determined analytically and validated by comparison with numerical results. Difference between presented analysis in dynamic behavior of micro-beam by classic and non-classic theories has been shown with variety of diagrams. It is clear that consideration the size effect changes the dynamical behavior of the problem completely and it is possible while classical theory predicts stable behavior for microscope the size effect is caused bi-stability. The results in this paper are very useful for the design and analysis of atomic force microscope.
    Keywords: Micro, beam, Tip, Piezoelectric, Euler, Bernoulli, Galerkin, Strain gradient
  • Majid Tahmasebi, Behzad Ghasemi *, Afrasiab Raisi Pages 165-174
    Abstract melting of Cyclohexane-Cu nano-material in a porous square cavity is studied numerically in this paper. At first initial temperature of the cavity is Ti that is equal to melting temperature of nano-material,Tm ,. The horizontal walls are adiabatic. Suddenly the left wall's temperature has changed to Th>Tm . The effective parameters in this case are and which appear in the nondimensionalized equations. Nondimensionalized governing equations are obtained based on the Darcy model; a control volume approach is used for solving these equations. The effect of the variation of mentioned parameters are investigated on the heat transfer rate, fluid flow, isotherms and melting time of nano-PCM. The results show that changing of any parameters will be effective on increase or decrease of heat transfer rate and melting process time. For example variation of has high effect on melt fraction in cavity with time. The results show that melting of PCM is prolonged when nano-particles are added. the increases of the Ra increases the natural convection heat transfer and therefore increases the melting rate, and deforms the melting line.
    Keywords: Melting, Nano–PCM, Porous cavity
  • Mehdi Zarei, Gholam Hossein Rahimi * Pages 175-185
    Rotating cylindrical shells are applied in different industrial applications, such as gas turbine engines, electric motors, rotary kilns and rotor systems. So, it is of great interest to conduct some researches to improve the understanding of vibrational characteristics of rotating cylindrical shells. Grid stiffened laminated composite cylindrical shells are used as components of aerospace, marine industries and civil engineering structures. In this research free vibration of rotating grid stiffened composite cylindrical shell with various boundary conditions using the Fourier series expansion method is presented. Smeared method is employed to superimpose the stiffness contribution of the stiffeners with those of shell in order to obtain the equivalent stiffness parameters of the whole structure. The stiffeners are considered as a beam and support shear loads and bending moments in addition to the axial loads. Strain displacement relations from Sanders's shell theory are employed in the analysis. Using the Fourier series expansion and Stokes’ transformation, frequency determinant of laminated cylindrical shells is derived. The effects of shell geometrical parameters and changes in the cross stiffeners angle and axial loading on the natural frequencies are investigated. Results given are novel and can be used as a benchmark for further studies.
    Keywords: Free vibrations, rotating, grid stiffened, Stoke's transformation
  • Ali Ebrahimi Mamaghani, Siamak Esameilzadeh Khadem * Pages 186-194
    This paper investigates vibration analysis of a clamped-clamped beam attached to a nonlinear energy sink (with nonlinear stiffness and damping) under an external harmonic force. The bream is modeled using the Euler-Bernouli beam theory. Different locations for nonlinear energy sink are chosen and the effects of various parameters on behavior of the system are considered. Required conditions for occurring the Saddle-node bifurcations and the Hopf bifurcations in the system are studied. In vibration analysis, the frequency response diagram of the system is very important because it shows the best regions for attenuation of vibration and is a good criterion for designing nonlinear energy sinks; hence Complexification-Averaging method is used to find simply the amplitude of oscillation in terms of excitation load. For validation and comparison, numerical simulation (Runge-Kuta method) is used. The results demonstrate that by approaching the position of nonlinear energy sink to the beam supports, probability of occurrence of the Hopf and the saddle-node bifurcations decreases and increases, respectively, detached response curve will be formed in smaller range of external amplitude force. Moreover, by increasing external amplitude force, the steady state amplitude of the system increases smoothly.
    Keywords: Euler, Bernouli Beam, Nonlinear Energy Sink, Hopf Bifurcation, Saddle, node Bifurcations Detached Resonance curve
  • Hadi Parvaz, Mohammad Javad Nategh* Pages 195-206
    Jig and fixture design for workpieces with freeform geometry has more complexity in comparison with the polyhedral parts. The locating and clamping system design construct the basis of the jig and fixture design activities. In this study, a theoretical analysis is suggested for automatic design of clamping points for freeform workpieces. The clamping design is performed in three main stages which the clamping application points are determined through the first two principles and being verified through the last stage. The mentioned principles consist of: (1) the minimum quantity of clamps, (2) the maximum clamping force components on the locating directions and (3) the workpiece static stability under the external wrenches. After mathematical modeling, the suggested analysis was implemented into the already designed CAFD framework by the authors. Three machining models were chosen as case studies to evaluate the capabilities of the implemented system in robust design of clamping layout. The minimum quantity of clamps (single clamp for two case studies and double clamp for the third one) was designed by the developed method that verified the robustness and reliability of the suggested and implemented clamping system design model. The automatic design of clamping scheme for workpieces (regardless of the geometry) beside its capability in integration with the other modules of fixture design activities provides the opportunity for the system to be used in industrial applications.
    Keywords: Clamping System Design, Fixture Design, Free, form Geometry, Stability Analysis, Turbine Blade
  • Vahid Zal, Hassan Moslemi Naeini *, Ahmad Reza Bahramian, Javad Shahbazi Karami Pages 207-215
    Due to the polar functional groups of PVC thermoplastic and its good adhesiveness to the metals, production and roll forming of PVC/ aluminuim/ glass fiber FMLs were investigated in this research. At the first, flexural strength and bonding quality between PVC matrix and aluminuim layer in the FMLs were studied by doing three point bending tests according to ASTM D790 standard. In the following, FMLs with dimension of 12×80 cm and two layups including [0/90, 0/90, Al]s and [45/-45, 45/-45, Al]s were produced using film stacking and hot pressing procedure. The FMLs were rollformed into 30, 45 and 60º channel section profiles at 160ᵒC using a single stand rollforming process and geometrical decects including profile bowing, edge wrinkling, spring back and also aluminuim/composite layers delamination of the resulted profiles were evaluated. The FMLs also were roll formed into 86º channel section profiles using a multi stand roll forming process and the effects of multi stand roll forming on the defects stacking were evaluated. Finally, it was concluded that more than 45º bend angle increase in a rollforming stand results in composite/ aluminum delamination. Also, placement of the reinforcing fibers in the longitudinal direction of the profiles reduces the profile bowing and edge wrinkling defects significantly.
    Keywords: PVC, aluminum, fiberglass FMLs, Roll Forming, Delamination, Geometrical defects
  • Hamid Rastgar, Mohammad Mehdi Agheli Hajiabadi * Pages 216-222
    Hexapod walking robots can be employed for both walking and manipulation purposes. When manipulating, they have 6 degrees of freedom for top platform, high rigidity, high load capacity, high speed, and accuracy. On the other hand, it is very well known that they have limited workspace when they are fixed in place for manipulation. Designing a hexapod robot resulting in a maximized workspace can greatly affect the efficiency of the robot when manipulating. Since radially symmetric hexapod walking robots can be modeled as three 2-RPR planar parallel mechanisms, we have used the methods and calculations that used in this kind of mechanism for designing a radially symmetric hexapod walking robot. In this paper, after a thorough review on existing methods for calculating and improving 2-RPR planar parallel mechanism workspace, an algorithm is presented, which results in a maximized reachable workspace. The merit of the method is that there is no need to calculate the workspace volume when maximizing the workspace volume. Also, following this algorithm is necessary for design of the maximized-workspace robot. In other words, the output of the presented optimization algorithm is a set of robot kinematic parameters, which guarantees the maximized volume of the robot’s reachable workspace.
    Keywords: Hexapod, workspace, reachable workspace, Optimization, manipulation
  • Majid Ali Tavoli *, Hashem Babaei, Arman Mohseni, Reza Rajabiehfard Pages 223-232
    In this paper, in order to build T shaped tube by hydroforming method, the drop hammer system is used which leads to the hydrodynamic load. To form the first piece as the die configuration, the hydraulic internal pressure and axial feeding is required, and in the study of this process a source of energy should be used in two ways. According to mentioned load path, the die designed to get the impact of free fall weight by pistons on the die, and it makes the hydraulic pressure. by putting the punches on both sides of the tube, axial feeding takes place with receiving the hydraulic pressure of Intermediate fluid, and the internal pressure provides with transmission the fluid from the middle hole of the punches. It is worth noting that copper and aluminum tubes have been analyzed in experimental tests. To check the numerical analysis of final pieces and improve the quality of shaping, the finite element software ABAQUS is used. The simulation model of forming T shaped tube has been evaluated dynamically by considering the effect of strain rate and mechanical properties of tube material. The results of tests show that to have favorable deformation, all the input parameters such as the kinetic energy, fluid column, sealing, Lubrication, gender and the thickness of tube should be proportional together. Also in this study, the height of the bulge has been analyzed due to the thickness distribution, axial displacement and surface embrace.
    Keywords: Hydroforming, experimental, Drop hammer, T shaped tube, Fluid column
  • Alireza Saadat, Ehsan Barati * Pages 233-240
    In this paper the methodology of reliability analysis in aerial structures has been developed. This methodology has been carried out on a special specimen. The selected specimen is a cylinder strut of the landing gear system of a training airplane. This specimen is one of the most important part of the landing gear system. Because of it’s special shape, there is no analytical solution for calculation of stress in it. Therefore, by means of the surface response method and Box-Behnken tables, a deterministic equation for calculating the stresses in critical points of the specimen has been produced. Then in order to obtain the reliability of this part via probabilistic method, Monte Carlo simulation has been used. The applied loads have been modeled whit one pressure, one bending moment and one concentrated force. These loads have been assumed to be independent random variables. Also, the probability distribution function of the pressure and the bending moment have been assumed to be normal and the probability distribution function of the concentrated force has been assumed to be lognormal. The dimensions of the specimen is deterministic and the mechanical properties of the material is a normal distribution with standard deviation equals to be 10 percent of its mean value. The results showed that the minimum reliability of this specimen is 99.9997 percent. So, the design of the cylinder strut is safe for aerial applications in reliability viewpoint.
    Keywords: Reliability, Monte Carlo simulation, response surface method, Box, Behnken tables, Cylinder strut
  • Mohammad Reza Roosta, Majid Safarabadi * Pages 241-248
    In this research the possibility of mass reduction in a two-module cubic microsatellite with skin – frame structure is studied. Natural frequencies and effective mass distribution change by replacing isogrid structure with sandwich panel (honeycomb). Modal effective mass is a dynamic characteristic of structure and depends on natural frequencies, mode shapes, general masses and eigenvectors. Modal effective mass is a quantity that shows the importance of a mode when satellite is under acceleration loads through the baseplate. High modal effective mass shows high reaction loads on baseplate in corresponding frequency. Also acting dynamic loads are affected by distribution of modes in frequency range. The sum of effects of different modes creates significant reaction loads. Hence, study of frequency and effective mass changes by converting the structure design from isogrid to sandwich structure is necessary. In this paper, first two isogrid and sandwich structures with equal masses are compared. Then mass of sandwich structure is decreased such a way that natural frequencies of light sandwich structure approach natural frequencies of isogrid structure. In equal masses case, natural frequencies of sandwich structure are twice the natural frequencies of isogrid structure but effective mass distribution of isogrid structure is better along the launch direction. By changing the isogrid structure design to sandwich panel structure and optimization of the new structure characteristics a noticeable reduction in mass and improvement in modal behavior could be obtained.
    Keywords: Microsatellite, Isogrid, Sandwich panel, Finite element
  • Alireza Omidvar, Peiman Mosaddegh *, Hadi Bahadoran Pages 249-256
    Metals and polymers are frequent materials for engineering purposes. Technological advances have called for new materials with high stiffness and low production cost, especially in automotive industry. Up until now, the more common approach was to employ high strength metals like steel in manufacturing different parts and coating them subsequently with regard to their application, in order to reach maximum performance. One of the novel composites is metal-polymer hybrid which is produced by injection molding a layer of polymer on a laser cladded metal to form a laminated composite. The superiority of this method lies in the diversity of pattern and powder material and feed rate in cladding that can be optimized for a particular loading in different applications. Evaluating parameters are, holding pressure, mold temperature, cladding pattern, and polymer thickness. Simple Tension and three-point bending tests showed that the maximum strength of joint adhesion was achieved at mold temperature, lower holding pressure (70MPa), higher thickness (3mm), and parallel pattern. Moreover, better flexural modulus was reached at mold temperature, lower holding pressure (70MPa), lower thickness (2mm), and parallel pattern.
    Keywords: Metal, Polymer hybrid, Injection molding, Laser cladding, Taguchi
  • Mohammad Vakilifard, Mohammadjavad Mahmoodi * Pages 257-266
    In this research, a three dimensional analytical method is presented for predicting the dynamic properties of polymer nanocomposites. In the present method elastic-viscoelastic correspondence principle is applied on the simplified method of cell, and loss modulus, storage modulus, loss factor and Hysteresis loop are obtained using energy method as well as force balance method. The considered nanocomposite possesses Polypropylene as a matrix reinforced by vapor grown carbon fibers. The rrepresentative volume element consists of three isotropic phases including fiber, interphase and matrix with linear viscoelastic behavior based on Zener model. Furthermore the nanocomposite constituents dynamic properties are extracted in frequency domain by employing Fourier transform method and Schapery model First to assure the validation of the model, the results are compared with experimental results. Parametric studies such as the effects of number of subcells, fibers volume fraction (FVF) and aspect ratio, matrix/fiber link strength factor and interphase loss factor on the nanocomposite dynamic properties are investigated.. Obtained results reveal that the presented method has acceptable speed and accuracy. Moreover fiber aspect ratio and FVF increasing leads to decrease the nanocomposite hysteresis loop area, subsequently its damping capacity reduces. Interphase also contains considerable effects on the nanocomposite dynamic properties, so its modeling has a great importance.
    Keywords: Polymer Nanocomposites, Damping capacity, Micromechanics
  • Mehrdad Foroutan *, Mohammad Sajad Khodayari Pages 267-276
    In this paper, thermo-elastic analysis of functionally graded nanocomposite hollow cylinders reinforced by single walled carbon nanotube (SWCNT) subjected to a thermal load was carried out by a mesh-free method. It is assumed that the functionally graded nanocomposite hollow cylinder reinforced by carbon nanotube with finite length is simply supported. A uniform and three kinds of functionally graded (FG) distributions of carbon nanotubes in the radial direction of cylinder are considered. Nanocomposite mechanical properties are estimated by micro mechanical generalized rule mixture model. Applying the virtual work principle, the governing equations are obtained and are discretized by the mesh-free method. In the mesh-free analysis, moving least squares (MLSs) shape functions are used for approximation of displacement field. The transformation method was used for the imposition of essential boundary conditions. Using finite difference method, temperature distribution was obtained by solving the thermal equation. To validate, the results of this analysis were compared with previous published works and a good agreement was seen between them. Then the effects of various parameters, such as the kind of distribution and the volume fractions of carbon nanotubes and the different geometrical parameter, on the components of stress are studied.
    Keywords: Mesh, free method, Functionally graded nanocomposite, Thermo, elastic analysis, Single walled carbon nanotube
  • Shahrzad Mirzaie, Seyed Masoud Hoseini Sarvari * Pages 277-286
    In this paper, inverse design to determine unknown heat source distribution in a radiant enclosure using an optimization method is investigated to produce desired emissive power and heat flux profiles on a diffuse-nongray design surface of a two-dimensional radiant enclosure. The medium of enclosure is emitting-absorbing, and the design surface's emissivity is assumed to be varied with respect to wavelength. Regarding diffuse-nongray design surface, the variation of emissivity with respect to the wavelength is approximated by considering a set of nongray bands with constant emissivity and then the radiative transfer equation is solved by the discrete ordinates method for each band. The total heat flux on each surface element of the design surface is approximated by a summation over the contribution of nongray bands. The conjugate gradient method is used to minimize an objective function, expressed by the sum of square residuals between estimated and desired heat fluxes over the design surface. The sensitivity problem is approximated by differentiation of the radiative transfer equation with respect to the unknown variables. The performance of the present method is evaluated by comparing the results with those obtained by considering a diffuse-gray design surface. The results show that the heat source distribution is well recovered over the heat flux specified design surface in an appropriate range of accuracy.
    Keywords: Inverse design, Diffuse, nongray design surface, Emitting, absorbing medium, Discrete ordinates method
  • Jaber Soleimani, Majid Elyasi *, Morteza Hosseinzadeh Pages 287-297
    Nowadays, thin-walled tube bending (D/t≥20, D-tube diameter and t-tube thickness) in the critical bend ratio (R/D≤2, R bend radius) is a widely used manufacturing process in the aerospace industry, automotive, and other industries. During tube bending, considerable cross-sectional distortion and thickness variation occurs. The thickness increases at the intrados and reduces at the extrados. Also in some cases, when the bend die radius is small, wrinkling occurs at the intrados. In the industry, the mandrel is used to eliminate wrinkling and reduce cross-sectional distortion, which the choice of the mandrel depends on, tube material, bending angle, radius tube and bending radius. However, in the case of a close bend die radius, using the mandrel avoided. Because the mandrel, in addition to the cost of the process, the thinning of the wall increases at the extrados and this is undesirable in the manufacturing operation. So, in the present study regarding to development of tube hydroforming, internal fluid pressure is used instead of the mandrel. Therefore, the purpose of the feasibility study, observation and analysis of the formation of tube bending process, the tube rotary draw bending process with two of the mandrel and the internal fluid pressure is simulated by software ABAQUS.
    Keywords: Rotary draw bending, Mandrel, Internal fluid pressure, Finite Element Simulation
  • Sanaz Saadatmand Hashemi, Masoud Asgari * Pages 298-306
    Skeletal muscles simulation remains a controversial topic as a result of its complex anatomical structure and mechanical characteristics such as nonlinear material properties and loading conditions. Most of the current models in the literature for describing the constitutive equations of skeletal muscles are based on Hill's one-dimensional, three element model. In this paper a 3D constitutive model which is based on the hyper elastic behavior of skeletal muscle and energy function has been presented. By using the derivatives of such energy function for defining the Second Piola and Cauchy stresses, we able to describe the inactive behavior of skeleton muscles. The applied constitutive equations are an efficient generalization of Hamphury's model for the inactive behavior of skeletal muscle. In this paper using a 3D model, different modes of deformations of skeletal muscle such as simple tension, biaxial and shear tests has been investigated and material properties constants for each modes of deformation has been optimized by Genetic algorithm. Finally the results of the model simulations of each mode are compared with those obtained from experimental tests. Also, the model results are compared with the ones from two well- known hyper elastic Ogden and Mooney-Rivilin models in order to show the priority of the new developed 3D model to those aforementioned models has been shown.
    Keywords: 3D Constitutive Model, Passive Hyperelastic Behavior, Multi, axial Test, Skeletal muscles
  • Vahid Rezaei, Mohammadsaleh Abdollahpour, Amir Mardani * Pages 307-317
    The main objective of utilizing nozzles is to convert the chemical energy to kinetic energy producing thrust. Wide variety of parameters make significant impact on nozzle performance; one of which produces significant effect is back pressure or ambient pressure. Basically, a nozzle designed for a specific back pressure does not work properly when the engine is ascending. Consequently, designing of nozzles needs knowledge of full effect of back pressure on engine performance. In this study, numerical simulation of three solid propellant nozzles have been conducted in several flight conditions. In other words, simulations have done in some ambient pressures which represents specific flight altitudes. Numerical modeling has been conducted aiding commercial code FLUENT. k-ϵ RNG turbulence model has been used for calculating turbulence interactions with the flow. Mass flow rate, chemical species, and chamber temperature have been used as the inlet boundary conditions based on engine specifications. Numerical results show a reasonable accuracy in comparison with experimental measurements. Estimating nozzle thrust level as a function of altitude increment is the primary goal of this study. Furthermore, with the aid of this relation and a MATLAB code for computing average specific impulse, optimum expansion ratio can be achieved based on a specified mission.
    Keywords: Specific Impulse, Optimum Expansion Ratio, Back Pressure
  • Farid Vakil, Tahami *, Mohammad Reza Khoshravan, Arash Moahammad Alizadeh Fard Pages 318-328
    The main objective of this research is to employ Imperialist Competitive Algorithm (ICA) to determine the optimum condition for an FG cylindrical shell with outer piezoelectric layer. Design parameters in this problem are thickness and volume fraction of the material. The shell is subjected to outer radial moving load and internal pressurized fluid. To formulate the problem, First Order Shear Deformation theory and Maxwell’s equation have been combined to develop governing equations and by solving these equations using analytical-numerical methods, the dynamic deformation has been obtained. Then, by adopting displacement-strain and stress-strain relationships, distribution of the dynamic stresses within the shell has been calculated. Due to the moving of the external load, the use of dynamic analysis is necessary so that the dynamic and transient response is significant comparing with the static one. To validate the dynamic analysis, the results are compared with those provided in the literature based on other solution methods or experimental measurements. Finally, a computer code has been developed to link the dynamic solution method with the optimization algorithm based on ICA to obtain the optimum values of the design parameters. The major advantage of this method is using control points along the thickness to define volume fraction rather than using predefined functions which usually impose unnecessary restriction. The volume fraction between these control points is obtained by Hermite interpolation method. The results show the efficiency of the method and its major strength which is the flexibility and higher convergence rate to determine the optimum configuration.
    Keywords: Imperialist Competitive Algorithm, Cylindrical Shell, Functionally Graded Materials, Moving Load, Control Point Method
  • Javad Shahbazi Karami, Gholamhasan Payghaneh*, Davood Nourbakhsh, Kian Tafazoli Aghvami Pages 329-338
    Manufacturing in as short time as possible, with highest quality and at minimal cost, is one of the key factors in industry. As a result, researchers are seeking new methods and technologies to meet such requirements. Liquid impact forming is one of such methods which has received wide currency especially in automotive and aerospace industries. In this method, which is considered as one of tubular hydroforming processes, forming is achieved by using liquid pressure. In this paper, liquid impact forming process was investigated experimentally and numerically for a thin-walled aluminium tube. In experimental part, a die was designed and manufactured to transform the cross section of the aluminium tube into a polygon which at the end of the process changes the cylindrical shape of the tube to a profile almost similar to a trapezoid. Results showed that a die in the form of matrix molding is not suitable for this type of geometry in such a process while using another die which consisted of three parts resulted in a satisfactory forming. Simulation of this process was further implemented using finite element method and results relating to Von Mises stress distribution, displacement, strain energy, internal energy, thickness variation and the force required to implement the process were obtained. Displacement distribution in different regions indicated that no wrinkling occurred in the sample. Comparison between simulation and experimental results indicated that they were in good agreement.
    Keywords: Tubular hydroforming, Liquid impact forming, Finite Element Simulation
  • Ali Selk Ghafari *, Kasra Dariani Tabrizi, Said Hosseini, Ali Meghdari Pages 339-346
    In this paper design, fabrication and control of a robotic fish with flexible tail was presented. At first, the short introduction of the robotic fish and their common control algorithms were reviewed. At the next step, the proposed mechanism of the robotic fish and its design procedure of the mechanical and electrical subsystems were explained. Mimic of the proposed robot was inspired from the Rainbow trout. The mechanical structure of the robotic fish consists of a body and a flexible tail. Oscillatory actuation of the tail was carried out utilizing a servomotor which was manipulated by pulse width modulation signal. The electrical subsystem of the proposed robot containing the electrical boards, electronic circuits, and a microcontroller are installed on the Aluminum platform which is locating in a sealed case. The flexible tail is attached to the end-side of the sealed case, and the actuating force is transferred to the tail utilizing pulley and cable mechanism. Since the dynamics of the system under investigation is nonlinear, a fuzzy logic controller is proposed to control the movement of the robot for goal seeking purpose. The closed loop simulation of the system was carried using MATLAB software. In addition, experimental investigation of the robotic fish was performed in the laboratory.
    Keywords: Robotic Fish, Fuzzy Logic Controller, Flexible Tail
  • Sajad Pirmohammad *, Hamid Nikkhah, Sobhan Esmaeili Pages 347-358
    Thin-walled structures are frequently used as energy absorbers in automotive, railway and aviation industries. This paper deals with the collapse and energy absorption behavior of thin-walled structures under dynamic axial loading Numerical modeling was performed using finite element code LS-DYNA. In order to validate the results of finite element analyses, a square tube was collapsed using universal test machine. This tube was then simulated in LS-DYNA, and the results with those of experiments were compared. There was a good consistency between the numerical and experimental results. The tubes with different cross-sections namely square, hexagonal and octagonal shapes reinforced with inside ribs as well as with different scales (ratio of sectional side length of the inner tube to that of outer tube) 0, 0.25, 0.5, 0.75 and 1 were simulated in LS-DYNA. To determine the suitable cross-section in terms of crashworthiness, multi-criteria decision making method known as Technique of Order Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) was employed. The results demonstrated that the double walled tube with octagonal cross-section possessing the scale between 0.25 and 0.5 had the best crashworthiness behavior. To find the optimum values of scale and wall-thickness, response surface method (RSM) and D-optimal criterion using design of experiments (DOE) were utilized Moreover, the effect of number of inside ribs (4 and 8) on the capability of absorbing energy was also investigated and the octagonal tube with 4 inside ribs was selected as an optimal tube with lower maximum impact force.
    Keywords: Collapse behavior, Energy absorption, Axial loading, Double walled tubes, Multi, objective optimization
  • Sayed Hossein Ganjiani, Alireza Hossein Nezhad* Pages 359-365
    In this work the effect of carbon nanotube length on the nanofluidic energy absorption system is investigated by using molecular dynamic simulation. For this purpose, four rigid armchair carbon nanotubes (8,8), (10,10), (12,12) and (14,14), and six lengths (5.0 nm, 6.0 nm, 7.0 nm, 8.0 nm, 9.0 nm and 10.0 nm ) for each one are studied. Results of simulations show that the surface of carbon nanotube is frictionless in all length and diameters, causing water molecules defiltrated from carbon nanotubes after applying the loading-unloading cycle on the system. Contact angle which represents hydrophobic intensity of carbon nanotube is decreased averagely 4 and 2 % by increasing length and diameter of carbon nanotube, respectively; therefore, infiltration pressure of water molecules through carbon nanotube is decreased averagely 30 and 15 %, respectively. Moreover, the mass and size of carbon nanotube increase by increasing length and diameter of carbon nanotube, leading to the reduction of energy absorption density and efficiency. Also, density of water molecules in carbon nanotube unlike the bulk of liquid phase is non uniform, decreases in the first and second shells, and increases along the distance between them by increasing length of carbon nanotube.
    Keywords: Infiltration pressure, Surface tension, Contact angle, Energy conversion
  • Majid Khodadadi, Hossein Amirabadi *, S. M. Hossein Seyedkashi Pages 366-374
    Inconel alloys are a family of nickel-based superalloys that consist of a wide range of compositions and properties. Inconel 718 is one of superalloys used in the aerospace industry due to its good mechanical properties; such as high corrosion and creep resistance at high temperatures. Despite these advantages, Inconel 718 is among the most difficult materials to be machined. In this paper, a finite element model for orthogonal machining of Inconel 718 was developed in order to investigate the effective parameters on the force, temperature and chip morphology. The plastic behavior of material was simulated with Johnson-cook material model, and constant shear friction factor (m) is used to model the friction between chip and tool interface. Then, the simulation results were compared with experimental values with which a good agreement was found between them. After validating the simulation results, the effect of coefficient friction, cutting speed and rake angle, on the cutting edge temperature, force on the tool and chip morphology was achieved by using design of experiments (DOE) method. According to the results, feedrate (with 30% contribution) and friction coefficient (with 19% contribution) have the greatest impact on the force on the tool. Rake angle (with 31% contribution), cutting speed (with 21% contribution) and feedrate (with 20% contribution) are the most effective parameters on the cutting edge temperature. The friction coefficient and feedrate (both with 25% contribution) have the greatest impact on the chip geometry.
    Keywords: Orthogonal cutting, Inconel 718, Chip morphology, Design of experiment
  • Seyed Ali Hashemian*, Behnam Moetakef Pages 375-386
    The appearance quality of automotive bodies is among the features which are, in recent years, significantly taken into consideration by designers throughout the world. Automotive bodies are, to a great extent, constructed from flexible sheet metal components and would deform and distorted easily by even a slight assembly force. Therefore, errors due to manufacture and assembly processes of automotive bodies lead to major deviation from the ideal product and finally affect the appearance quality and cosmetic features of the vehicle. The effect of these errors, which are commonly arisen by dimensional, geometric or assembly tolerance of the components, can be examined by tolerance analysis. As one of the key quality characteristics in vehicle design, this paper evaluates the appearance quality of automotive bodies as a function of assembly derived errors. In the proposed methodology, by means of the nonlinear finite element analysis and by presenting the surface interrogation techniques, a comprehensive approach of quality appearance evaluation of vehicles is developed. The approach is validated by a vehicle example and the results show a great consistence with practical data obtained from the production line.
    Keywords: Tolerance Analysis, Flexible Sheet Metal Assemblies, Nonlinear Finite Element Analysis, Quality Appearance Evaluation
  • Hadi Heydari, Mohammad, Reza Ghazavi *, Asghar Najafi Pages 387-393
    Dynamics analysis of the rotational axially moving pipe conveying fluid under simply supported condition investigated in this research. The pipe assumed as Euler Bernoulli beam. The gyroscopic force and mass eccentricity were considered in the research. Equations of motion are derived using Hamilton’s principle, resulting in two partial differential equations for the transverse motions. The non-dimensional equations were discretized via Galerkin’ method and were solved using Rung Kutta method (order 15s). The frequency response curve obtained in terms of non-dimensional rotational speed. The bifurcation diagrams are represented in the case that the non-dimensional fluid speed, non-dimensional axial speed and non-dimensional rotational speed were respectively varied and the dynamical behavior is numerically identified based on the Poincare' portrait. Numerical simulations indicated that the system response increases by increasing non-dimensional axial speed of the pipe, non-dimensional fluid speed and non-dimensional rotational speed of the pipe and then decreases after passing critical area. The system is unstable at critical point associated with non-dimensional axial speed. Poincare portrait indicates periodic motion in transverse vibrations of the pipe at some points of control parameters. Phase portrait and FFT (Fast Fourier Transform) diagrams were used for validation of the results.
    Keywords: Galerkin Method, Critical Speed, Control Parameter, Bifurcation Diagram, Poincare Portrait
  • Mohammad Mehdi Moradi, Hamed Jamshidi Aval *, Roohollah Jamaati Pages 394-402
    In this research, the friction-stir welding (FSW) process was used for butt joining of AA2024-T351 and AA6061-T6 dissimilar alloys. Welding was carried out using a tool with frustum of pyramid pin. The effects of rotational and linear speeds of the tool on microstructure, macrostructure, and mechanical properties of joints were examined. The AA2024 alloy was located in the advancing side due to higher flow stress at higher temperature than the AA6061 alloy, which was located in the retreating side. Macro analysis showed that with a rotational to linear speed ratio of higher than 31.25 revolutions per millimeter the transverse joint section demonstrated tunnel hole defect. With an increase in heat input material flow on different depth levels of joint became more homogenous and the AA2024 alloy’s amount in the stir zone increased. Moreover, with rotational to linear speed ratio of higher than 40 revolutions per millimeter, the effect of deformation rate was dominant, whereas with lower ratios the effect of temperature on grain size in the stir zone was dominant. Application of offset to the tool during welding in the retreating side led to improvement of flow of materials in the stir zone and an increase in friction stir joint strength.
    Keywords: Friction stir welding, Aluminum alloy, Material flow, mechanical properties
  • Ali Mousavi Mohammadi, Alireza Akbarzadeh Tootoonchi * Pages 403-413
    In this paper, online manual guidance of industrial robots using impedance control with singularity avoidance is studied. In this method, operator enters the robot workspace, physically holds the end-effector equipped with force sensor and manually guides the robot. In doing so, the operator generates the desired trajectory for applications like welding or painting. Robot singular configuration is possible during the process which makes it unsafe due to unexpected high velocity robot joints and the physical human-robot interaction. Therefore, real-time identification of singularity position and orientation must be evaluated during trajectory generation. The use of manipulability ellipsoid is suggested as a simple method for the singularity identification. By combining the manipulability ellipsoid and impedance control, a simple and new approach is proposed to warn operator before reaching singularity. Based on the proposed approach, effect of opposite force is exerted on the human hand in the predefined distance to singularity. Real-time implementation is the main advantage of the proposed approach because it keeps robot away from reaching singularity. Real-time experiments are performed using a SCARA robot. In the first experiment, the operator stops the trajectory generation process when an opposite force is produced. In the second experiment, the operator insists on entering the singular points. Experimental results show the effectiveness of the proposed approach in dealing with singularity problem during the trajectory generation by an operator for industrial robots.
    Keywords: Manual Guidance, Industrial Robots, Trajectory Generation, Impedance Control, Manipulability Ellipsoid
  • Farshad Yadegari, Ardeshir Karami Mohammadi * Pages 414-420
    Inimitable properties of graphene sheets enable a variety of applications such as axially moving nanodevices. Axial velocity affects dynamical response of systems. In this study linear vibration of an axially moving two-layer graphene nonoribbon with interlayer shear effect is proposed using nonlocal elasticity theory. Based on this theory stress at a point is a function of strain at all other points of the body. Euler-Bernoulli theory is used to model the system due to nanoribbon thickness and length. It is assumed that the layers have the same transverse displacement and curvature and there is no transverse separation between layers surfaces. A shear modulus is imported in the potential energy expression in order to consider the interlayer shear effect due to weak Van der Waals forces. Governing equations are obtained using Hamilton’s principle and are solved by Galerkin approach. Results for clamped-free boundary conditions are presented and compared to other available studies. Results for pinned-pinned boundary conditions are presented and it is observed that increasing axial velocity causes divergence and flutter instabilities in the system. Effects of different shear modulus and nonlocal parameter on critical speeds are also proposed.
    Keywords: Vibration, Graphene nonoribbon, Axially moving, Nonlocal theory, Instability
  • Payam Nourizadeh, Aghil Yousefi Koma*, Moosa Ayati Pages 421-428
    In this paper, designing optimal linear controller for non-holonomic wheeled mobile robots based on Linear Quadratic Gaussian (LQG) controller is considered. Parameters of the governing kinematics equation of motion are derived based on system identification techniques by using real experimental data. The autoregressive moving average-exogenous input (ARMAX) models are taken into account. The least square (LS) algorithm is utilized to estimate the parameters of the model. Thereafter, optimal model order and the performance of the model are determined using several statistical analyses. Also, the recursive LS (RLS) with forgetting factor is employed to demonstrate the convergence of the model parameters. Verification of discrete linear model implies the possibility of using the linear controllers. Therefore, the optimal LQG controller for wheeled mobile robots is designed to track the reference trajectory. The Kalman observer is used to estimate un-measurable states of the robot. Furthermore, the optimal linear control together with system identification techniques yields simpler controller than nonlinear controllers. Designed controller and verified model are simulated using the MATLAB-Simulink software. Results show the effectiveness of the controller in tracking the desired reference trajectory.
    Keywords: Mobile robot, System identification, Recursive least square, LQG controller, Kalman observer
  • Mojtaba Hashemi, Ali Kamali Eigoli *, Mahyar Naraghi Pages 429-436
    An algebraic method based on unknown input observer for fault estimation in linear time invariant system with unknown input is implementable if matching condition is satisfied. Matching condition limits practical application of these methods. In this article, a method is proposed for fault estimation which need not to satisfy matching condition. Unlike classical methods, the provided method doesn’t require for auxiliary output for fault estimation. In first step, the unknown input is divided in two parts: the matched and the unmatched unknown inputs. Assuming that there exist a dynamic model for the unmatched part, new augmented system is constructed. The augmented system has revealed as a new system with matched unknown input. Then, the effect of matched unknown input has perfectly removed from observer estimation using the traditional unknown input decoupling strategy. In next step, the full order observer is designed for the augmented system. A fast adaptive law is employed for the fault estimation. Lyapunov stability condition of state and fault estimation is derived by linear matrix inequality(LMI) criteria. The effectiveness of the proposed method is shown via numerical simulation on a flexible joint example.
    Keywords: unmatched unknown input, fault estimation, fast adaptive observer
  • Farnaz Jamadi * Pages 437-448
    In this study, after fabricating a solar parabolic water heater, an efficient model is suggested to predict the efficiency of the solar water heater system (SWHS). Artificial neural networks (ANN) can create logical relations among the input parameters and target(s). As efficiency is trained a function of the input parameters, when conditions are desirable to measure the data, a network-trained function can be used to predict the efficiency of the solar system. The used data for the neural network analysis were measured by using experiments on a parabolic trough collector, during four days in June. Variables such as solar radiation, ambient temperature and the output fluid temperature of the collector were considered as input parameters and the efficiency of the solar parabolic water heater was used as the output neural network. Different ANN models are presented based on the various input parameters and neurons. The ANN6 model with a 4-10-1 structure, with a root mean square error (RMSE) of 0.0061 and regression coefficient for train data (Rtrain) of 0.99995, is the most accurate among the presented models. By increasing the input parameters, the RMSE decreases and accuracy of the models increases. When experimental tests are not impossible in similar conditions, the presented model can help researchers predict the efficiency of studied SWHS by saving time and costs.
    Keywords: Solar water heater system, Efficiency, neural network, Parabolic trough collector, Solar radiation
  • Behnam Khalili, Mohammad Rahnama *, Saeed Jafari, Ebrahim Jahanshahi Javaran Pages 449-458
    Investigation of fluid-solid interaction has been studied as an introduction to simulate a wide range of engineering problems such as fluidized beds, sediment transportation and catalyst inks in fuel cells. An efficient method for performing such simulations is a combination of Lattice Boltzmann method (LBM) and Smoothed Profile Method (SPM). In addition, the operations in the SPM are local; it can be easily programmed for parallel processing. In this approach, the flow is computed on fixed Eulerian grids which are also used for the particles. Owing to the use of the same grids for simulation of fluid flow and particles, this method is highly efficient for purpose of parallel processing by means of GPU. In this study, a combination of Lattice Boltzmann method (LBM) and Smoothed Profile method has been implemented in parallel processing on GPU. For validation purpose, the fluid flow within a channel was investigated. Results suggest that computational time can be reduced up to 80 times by means of GPU.Then, drag force exerted on a sphere in fluid flow and the sedimentation of one sphere in a quiescent fluid were studied. Results show that performance of GPU can be increased up to 6.5 million fluid nods per second by using this method.
    Keywords: Lattice Boltzmann Method, Smoothed Profile method, Parallel processing, Fluid, solid interaction