فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال هفدهم شماره 1 (فروردین 1396)
  • سال هفدهم شماره 1 (فروردین 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/01/05
  • تعداد عناوین: 48
|
  • مقاله پژوهشی کامل
  • امیررضا کوثری، سیدعلی اکبر رضوی، هادی جهانشاهی صفحات 1-10
    در این مقاله، مسئله مانور انتقال مداری کمینه زمانی هم صفحه با تراست کم با رهیافت کنترل بهینه فازی حل شده است. معادلات دینامیک مسیر برای مدارهای شبه دایروی به فرم گوسی از دسته معادلات لاگرانژ بیان می شود. با استفاده از تکنیک میانگین گیری تحلیلی، فرم مطلوب معادلات دینامیکی مسئله انتقال مداری هم صفحه با بزرگی شتاب ثابت حاصل می شود. پس از آن با استفاده از روش گسسته سازی اولر، تمامی معادلات دینامیکی تفاضلی، تابع عملکرد و قیود پایانه مسیر در یک فرم گسسته بیان می شوند. با استفاده از مفهوم تابع عضویت فضای فازی، مسئله کنترل بهینه کلاسیک مبتنی بر تابع عملکرد و قیود پایانه مسیر همراه با عدم قطعیت و نامعینی، تماما به فضای فازی منتقل می شوند. سپس با معرفی متغیرهای کمکی تمامی روابط نامساوی به شروط تساوی تغییر می یابند. در ادامه به کمک راهکار بلمن -زاده مسئله کنترل بهینه به یک مسئله بهینه-سازی پارامتری تبدیل می شود که برای حل آن از روش بهینه سازی لاگرانژ استفاده می شود. در نهایت دستگاه معادلات جبری غیرخطی حاصل از تشکیل شروط لازم بهینگی با روش برنامه ریزی غیرخطی حل می شود. صحت سنجی نتایج حاصل از حل عددی بهینه فازی با نتایج تحلیلی دردسترس نشان از کارآمدی راهکار ذکرشده در بهینه سازی یک مسیر انتقال مداری در حضور عدم قطعیت و نامعینی ها دارد. اگرچه رویکرد کنترل بهینه فازی در زمره روش های حل مستقیم مسائل کنترل بهینه فازی جای می گیرد، اما از معایب آن ها نظیر نفرین ابعادی و حجم محاسباتی سنگین به دور بوده و با به کارگیری رویکرد فازی و تجربیات خبره حل مسئله می تواند ساده تر نیز حاصل شود.
    کلیدواژگان: مانور انتقال مداری هم صفحه، مسئله کمینه زمانی، کنترل بهینه فازی، قیود پایانه مسیر
  • محمدحسین بیاتی چالشتری، محمد جعفری صفحات 11-22
    در این مقاله، سعی شده است با استفاده از روش بهینه سازی هوش ازدحامی جدیدی به نام الگوریتم شیرمورچه، به بهینه سازی پارامتر های موثر در تحلیل تنش در اطراف گشودگی چهارضلعی واقع در یک صفحه ی همسانگرد محدود تحت بارگذاری درون صفحه ای(بار کششی تک محوری، دومحوری و برشی خالص) پرداخته شود. در تحلیل صفحه ی همسانگرد محدود حاوی گشودگی چهارضلعی پارامترهایی از قبیل انحنای گوشه های گشودگی، زاویه ی چرخش گشودگی، نسبت اضلاع صفحه، نسبت اندازه ی گشودگی به صفحه و نوع بارگذاری به عنوان پارامترهای موثر بر توزیع تنش محسوب می گردد. در مطالعه ی حاضر، روش به کار گرفته شده برپایه ی حل تحلیلی متغیر مختلط موشخیلشویلی است و از نگاشت همنوا برای ساده سازی روند حل معادلات استفاده شده است. صفحه محدود (نسبت طول ضلع گشودگی به طول بزرگترین ضلع صفحه، بزرگتر از 0.2)، همسانگرد و الاستیک خطی درنظر گرفته شده است. برای محاسبه ی تابع تنش مربوط به صفحه ی محدود حاوی گشودگی چهارضلعی، از جمع تابع تنش یک صفحه نامحدود حاوی همان گشودگی و تابع تنش یک صفحه محدود بدون گشودگی استفاده شده است. ضرایب مجهول در تابع تنش، با استفاده از روش حداقل مربعات مرزی و اعمال شرایط مرزی مناسب به دست می آیند. همچنین از روش اجزای محدود، برای بررسی درستی جواب ها استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که پارامترهای اشاره شده تاثیر قابل توجه ی بر توزیع تنش اطراف گشودگی چهارضلعی دارند و با انتخاب صحیح آن ها، می توان قابلیت تحمل بار سازه را افزایش داد.
    کلیدواژگان: صفحه همسانگرد محدود، گشودگی چهارضلعی، حل تحلیلی، روش متغیر مختلط، الگوریتم شیر مورچه
  • جواد خدایی مهر، امین خاکپور کمار سفلی، امید احمدی خیاوی، محمد علی حامد، سیما باهری اسلامی صفحات 23-30
    در مطالعه ی حاضر، رفتار گذرای موتور توربوجت تک شفته در اثر اعمال تغییرات دبی سوخت با استفاده از مدل مرتبه ی چهارم غیر خطی و بر اساس معادلات دینامیک حرکت طولی هواپیما، دینامیک کمپرسور، دینامیک توربین و دینامیک دورانی روتور مورد بررسی قرار گرفته است. مدل سازی بر پایه ی زمان و ارائه ی وضعیت متغیرهای ترمودینامیکی در طول مدت مدل سازی و همچنین در دسترس قرار دادن متغیرهای ترمودینامیکی در تمامی پنج قسمت موتور، جزو مزیت های این تحقیق نسبت به مطالعات قبلی انجام شده است. به علاوه استفاده از روش حجم ذخیره شده در اجزا یکی دیگر از برتری های این بررسی نسبت به مطالعات قبلی است. در این روش با اعمال تغییرات فشار و دما ناشی از ذخیره ی جرم در اجزا به مدلی بسیار دقیق تر دست یافته شده است. با بهره گیری از روش مذکور و نیز استفاده از روابط ترمودینامیکی و دینامیک گاز، معادلات کلی حاکم بر موتور به دست آمده و با شبیه سازی در نرم افزار متلب، اثر تغییرات دبی سوخت بر متغیرهای مورد نظر بررسی شده است. لازم به ذکر است که در مدل سازی، پرواز به صورت افقی و در ارتفاع مشخص 2500 متر در نظر گرفته شده است. تغییرات تراست موتور با زمان به عنوان کمیت مطلوب مدل سازی ارائه شده است. اضافه کردن تغییرات سرعت هواپیما به ورودی موتور، به عنوان کمیت موثر در دبی ورودی، از دیگر اقدام های موثر برای افزایش دقت مدل سازی بوده است. مدل سازی تغییرات تراست موتور بر حسب زمان امکان طراحی کنترلر مناسب را به عنوان گام بعدی تحقیق فراهم می کند.
    کلیدواژگان: موتور توربو جت، رفتار گذرا، روش حجم ذخیره شده در اجزا، تغییرات دبی سوخت، تراست
  • مجید کام ور، مجید قاسمی صفحات 31-38
    در مطالعه حاضر عملکرد یک پیل سوختی اکسید جامد تک‏محفظه‏ای از نوع هم‏صفحه‏ای با مخلوط متان-اکسیژن-نیتروژن تحت شرایط پایا بصورت عددی بررسی می شود. هندسه پیل دو بعدی در نظر گرفته می‏شود و ناحیه محاسباتی از محفظه گازی، الکترود آند، الکترود کاتد و الکترولیت تشکیل می‏شود. مخلوط اکسیژن-متان-نیتروژن به ترتیب با کسر جرمی اولیه 7./0، 14/0 و 77/0 به سمت پیل تغذیه می‏شود. تمامی خواص فیزیکی تابع دما درنظر گرفته می‏شود. معادلات غیرخطی کاملا کوپل شده حاکم شامل معادلات بقاء جرم، اندازه حرکت، گونه شیمیایی و بار الکترونی و یونی می‏باشد که در یک نرم‏افزار تجارتی فرمول‏بندی شده و با استفاده از روش المان محدود حل می‏شوند. جهت نشان دادن صحت مدل، نتایج حاصل از مدل با نتایج یک مدل عددی مشابه مقایسه می‏گردد. در پایان تحلیل عملکرد پیل شامل توزیع سرعت، دما و غلظت تمامی گونه های گازی مورد بحث قرار می‏گیرد. نتایج نشان می‏دهد که ماکزیمم دما در سمت الکترود آند اتفاق می‏افتد که دلیل آن واکنش اکسایش متان است که به شدت گرماده می‏باشد. این مقدار افزایش دما ایجاده شده در پیل مزیتی می‏باشد تا دمای کاری پیل پایین‏تر آید. بعلاوه، نشان داده می‏شود که بخش زیادی از هیدروژن به صورت مصرف نشده از محفظه خارج می‏شود که یکی از عوامل اصلی کاهش عملکرد در این نوع از پیل می‏باشد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی اکسید جامد، تک محفظه ای، متان، روش المان محدود
  • یاسر خرسندی، محمدرضا خانزاده قره شیران، عباس سعادت صفحات 39-46
    هدف از این پژوهش بررسی تاثیر متغیرهای فاصله توقف و بار انفجاری بر خواص مکانیکی و متالورژیکی فصل مشترک های اتصال انفجاری سه لایه مس- آلومینیوم- مس بوده است. برای نشان دادن تاثیر این دو پارامتر، نمونه ها با فواصل توقف و بار های انفجاری متفاوت جوشکاری شدند. بررسی های آزمایشگاهی با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، آزمون های ریز سختی سنجی و استحکام کششی-برشی انجام گرفته است. نتایج بیانگر ایجاد پیوند با خواص مکانیکی و متالوژیکی مناسب بین ورق های مس-آلومینیوم-مس بوده است. تصاویر میکروسکوپی، فصل مشترک های شبه موجی نامتقارن به همراه ترک و حفره را نشان داده که با افزایش بار انفجاری بر میزان مناطق ذوب موضعی در فصل مشترک ها افزوده شده است. آنالیز عنصری وجود ترکیبات بین فلزی سخت و شکننده در فصل مشترک را تایید نموده که موجب ایجاد ترک در این نواحی –شده است. همچنین طول امواج با افزایش بار انفجاری افزایش یافته است. سختی در مجاورت فصل مشترک ها در اثر تغییر شکل پلاستیک شدید ناشی از برخورد افزایش یافته که با افزایش بار انفجاری میزان آن بیشتر شده است. نتایج آزمایش کشش-برشی نیز کاهش استحکام اتصال در اثر افزایش بار انفجاری را نشان داده است.
    کلیدواژگان: جوشکاری انفجاری، بار انفجاری، فاصله توقف، استحکام کششی، برشی
  • عباس حیدری، عبدالرحیم جلالی صفحات 47-55
    در این مقاله برای اولین بار، تحلیل کمانشی تیر هدفمند دوجهته (BFG) اویلر با ضخامت متغیر دلخواه واقع بر بستر الاستیک هیتنی ارائه شده است. به علاوه، روشی جدید بر پایه حساب تغییرات و روش طیفی هم آرایی برای تبدیل مسئله کمانشی مزبور به یک سیستم معادلات جبری پیشنهاد داده شده است. روش پیشنهادی منجر به حصول معادله مشخصه کمانشی شده و در نتیجه امکان حصول بارهای کمانشی اولین مودها فراهم می شود. به منظور بررسی میزان انطباق پذیری روش پیشنهادی با شرایط مختلف، تغییرات خواص مکانیکی در امتداد ضخامت و محور تیر، تغییرات دلخواه ضخامت، پی ارتجاعی هیتنی، شرایط مرزی خاص مانند مفصل برشی و همچنین شرایط مرزی کلاسیک مانند دوسرگیردار، ساده، یکسر گیردار-یکسر مفصل و کنسول در نظر گرفته شده است. سرعت همگرایی زیاد و انطباق پذیری با شرایط مختلف از جمله مزایای روش پیشنهادی هستند. با توجه به عدم وجود نتایج تحقیقات مشابه، از روش طیفی ریتز به منظور اعتبارسنجی نتایج استفاده شده است. در روش طیفی ریتز از پایه مشابه با روش پیشنهادی استفاده شده است. صحت نتایج روش پیشنهادی با توجه به انطباق کامل بین نتایج روش شناخته شده طیفی ریتز و نتایج تحقیق حاضر، تصدیق می شود.
    کلیدواژگان: تحلیل کمانشی، تیر هدفمند دوجهته با ضخامت متغیر، روش های طیفی، حساب تغییرات، بستر الاستیک هیتنی
  • محمدباقر نظری، حمید رجایی صفحات 56-66
    در این مقاله، برای محاسبه ضرایب شدت تنش در محیط همسانگرد مستطیلی که در معرض تنش های گرمایی و رطوبتی قرار دارد از روش المان محدود توسعه یافته استفاده شده است. در معادلات حاکم هایگرو ترمو الاستیسیته، کوپل دوطرفه میدان های دما و رطوبت و در یک حالت، ضریب پخش رطوبتی تابع دما در نظر گرفته شده است. برای به دست آوردن ضرایب شدت تنش، روش انتگرال برهم کنش برای بارهای گرمایی/رطوبتی توسعه داده شده است. در روش المان محدود توسعه یافته به منظور کاهش خطا، از المان های مستطیلی هشت گره ای ریز شونده، به سمت نوک ترک، استفاده شده است. برای صحت سنجی نتایج عددی، ضریب شدت تنش برای ترک مود I با روش تابع وزنی نیز به دست آمده است. در حل تحلیلی، ابتدا معادلات هایگرو ترمو الاستیسیته حاکم غیرکوپل شده اند و پس از بی بعد سازی، از روش جداسازی متغیرها برای حل آن ها استفاده شده است. نتایج نشان می دهند گرادیان غلظت رطوبت تاثیر قابل توجهی روی ضریب شدت تنش دارد و باید در مدل مساله لحاظ شود. قبل از رسیدن میدان دما به حالت پایا، کوپل دوطرفه میدانهای دما و رطوبت باعث هم زمانی تغییرات این میدانها می شود و روی تغییر زمانی ضریب شدت تنش اثر می گذارد. بطوریکه، در ابتدای اعمال شوک گرمایی ضریب شدت تنش برای ترکهای کوتاهتر مشابه بارگذاری گرمایی بزرگتر نیست. همچنین، با افزایش طول ترک و زاویه ترک مقدار ضریب شدت تنش مود I کاهش می یابد. از طرف دیگر، در نظر گرفتن ضریب پخش رطوبتی به صورت تابعی از دما، زمان لازم برای رسیدن به تعادل رطوبتی را افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: روش المان محدود توسعه یافته، تنش گرمایی، رطوبتی، انتگرال برهم کنش، ضریب شدت تنش
  • عباس ابراهیمی، محمد زندسلیمی صفحات 67-74
    امروزه کاهش زمان محاسبات عددی از چالش های اصلی در شبیه سازی مسایل واقعی سیالاتی به شمار می رود. حل عددی معادلات دیفرانسیل در بستر سخت افزارهای سنتی مانند سی.پی.یو و جی.پی.یو. براساس پیاده سازی نرم افزاری هستند. در این مقاله قابلیت سخت افزار اف.پی.جی.ای به عنوان راهکاری جدید برای حل عددی معادلات دیفرانسیل در دینامیک سیالات محاسباتی ارزیابی شده است. سخت افزاری اف.پی.جی.ای می تواند حل معادلات را از حالت سری خارج کرده و موازی سازی آن ها را براساس پیاده سازی سخت افزاری انجام دهد. اف.پی.جی.ای یک مدار تجمعی از بلوک های منطقی است و طراحی آن به شکلی انجام شده است که ساختار آن (عملکرد بلوک های منطقی و اتصالات و سیم کشی بین آن ها) بعد از تولید سخت افزار، قابل پیکربندی دوباره است. به این ترتیب می توان مدار های بسیار پیچیده را با استفاده از برنامه ریزی این سخت افزار با اهداف مختلف تولید کرد. برای قابلیت سنجی این سخت افزار، حل عددی معادله لاپلاس به عنوان نمونه ای از مسایل سیالاتی روی یک اف.پی.جی.ای خاص پیاده سازی شده و نتایج حل عددی آن با نتایج گرفته شده از برنامه ی کامپیوتری روی سی.پی.یو مقایسه شده است. نتایج محاسبات حاکی از تسریع حدود چهار برابر برای دقت مضاعف و تسریع تا بیست برابر برای دقت تکی در مقایسه با حل روی سخت افزار سی.پی.یو است به گونه ای که دقت حل نیز کاهش پیدا نکرده است. برای تعیین درستی نتایج از نظر زمان و دقت، از حل های عددی و تحلیلی مختلفی استفاده شده است.
    کلیدواژگان: سخت افزار قابل برنامه ریزی، محاسبات عددی، دینامیک سیالات محاسباتی، زبان توصیف سخت افزار، تسریع محاسبات عددی
  • عباس دشتی منش، آرمان اسفندیاری، فاطمه روشن، علیرضا کاظمی پور اسفرجانی، آرشام صفری نژاد صفحات 75-85
    گسترش مبدل های انرژی موج یکی از چالش های مهمی است که اخیرا معماران دریایی با آن مواجه بوده اند. یکی از مهم ترین رویکردها پیش از ساخت مبدل های انرژی موج آن است که مدل مفهومی آن ها در نرم افزارهای دینامیک سیالات محاسباتی مورد ارزیابی قرار بگیرند؛ بنابراین، در این مقاله یک مدل نوآورانه از مبدل انرژی موج ارائه گردیده و عملکرد هیدرودینامیکی مبدل پیشنهادی در خلیج فارس بررسی شده است. جهت شبیه سازی دقیق دینامیک مبدل انرژی موج، از تکنیک مش مورفینگ استفاده شده است. از آنجایی که مبدل ارائه شده یک طراحی نوآورانه بوده و مدل آزمایشگاهی برای اعتبارسنجی آن در دسترس نبوده است، تلاش شده است تا چیدمان عددی با استفاده از مسائل آزمایشگاهی مشابه که ویژگی های مختلف مسئله موردنظر را دارا هستند، مورد صحت سنجی قرار بگیرند. سپس، چندین هندسه مختلف شامل پدال تخت، فویل، نیم کره کوچک و بزرگ برای مبدل انرژی موج به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته و پدال نیم کره کوچک به عنوان بهترین هندسه ممکن جهت محاسبات نهایی تعیین شده است. تعداد پدال ها نیز پارامتر دیگری بوده است که مورد ارزیابی قرار گرفته و مدل هشت پدالی به عنوان انتخاب بهینه تشخیص داده شده است. در انتها، مبدل انرژی موج بهینه در نه موج مختلف شبیه سازی گردیده و نتایج به صورت کامل ارائه شده اند.
    کلیدواژگان: مبدل انرژی موج چرخان، شبیه سازی عددی، مش مورفیتگ، امواج منظم
  • شهروز متقیان، هادی پاسدار شهری صفحات 86-94
    یکی از اهداف مطالعه ی پدیده ی آتش، شبیه سازی آن در مقیاس های بزرگ می باشد. از مهمترین رفتارهای آتش گسترش شعله از یک نقطه به یک نقطه ی دیگر است که باعث تخریب ساختمان ها، جنگل ها و... می شود. به همین دلیل گسترش آتش روی مواد جامد از اهمیت زیادی برخوردار است. در شبیه سازی گسترش شعله به روش دینامیک سیالات محاسباتی روی جسم جامد، پیش بینی دقیق رفتار آتشکافت جامد نقش مهمی را ایفا می کند. در این مطالعه یک مدل یک بعدی آتشکافت بر پایه ی کد متن باز اپن فوم توسعه داده شده است تا با بالا بردن دقت و کارایی مدل موجود، شبیه سازی گسترش شعله در دسترس قرار گیرد. نتایج این مدل با نتایج تجربی برای دمای سطح جامد و نرخ جرم از دست رفته ماده ی پی ام ام ای مقایسه شده است. به دلیل عدم وجود مقادیر مشخص و یکتا این پارامترها در اندازه گیری های آزمایشگاهی، نیاز به مشخص کردن مقادیری به عنوان ورودی برای مدل می باشد تا نتایج مدل سازی با نتایج تجربی همخوانی مطلوبی داشته باشند. به همین منظور، استفاده از روش های بهینه سازی بسیار مرسوم می باشد. به علت تعدد پارامترهای ورودی و ماهیت غیرخطی مساله، فرآیند بهینه سازی بسیار پرهزینه می باشد که در این مقاله به بررسی تاثیر پارامترهای ورودی بر نتایج مدل آتشکافت توسعه داده شده پرداخته شده است تا بتوان اثرات پارامترهای ورودی را بر آتشکافت مشاهده کرد. از طرفی، پارامترهای مهم بر دمای سطح و نرخ جرم از دست رفته معرفی شده اند تا با بهینه سازی این پارامترها از هزینه ی محاسبات فرآیند بهینه سازی در مشخص کردن پارامترهای ورودی کاسته شود.
    کلیدواژگان: آتش، دینامیک سیالات محاسباتی، آتشکافت، گسترش شعله، پی ام ام ای
  • سپیده سرمست، امیرحسین شامخی، مسعود ضیا بشرحق، امیرحسین پریور صفحات 95-105
    مصرف سوخت، انتشار آلاینده ها و توان خروجی از جمله عواملی هستند که برای طراحی موتور خودرو از اهمیت بالایی برخوردار است. از آنجاکه بازده احتراق به کیفیت مخلوط سوخت و هوا و آن نیز به پارامترهای تزریق سوخت وابسته است، بررسی ویژگی های اسپری همواره هدفی کلی در موتورهای پاشش مستقیم است. در این مقاله، ابتدا اسپری موتور بنزینی پاشش مستقیم در محفظه حجم ثابت، شامل گاز نیتروژن و در چهار فشار پاشش مختلف با استفاده از نرم افزار ای وی ال فایر شبیه سازی و به منظور صحت سنجی، با نتایج تجربی ارائه شده توسط انستیتو موتوری ایتالیا مقایسه شده است. به منظور تخمین قطر اولیه قطرات از توزیع لگاریتمی نرمال و از مدل ها-گاسمن به عنوان مدل فروپاشی ثانویه استفاده شده است. سپس احتراق موتور EF7 با شرایط کارکرد پاشش مستقیم مورد مطالعه و ضخامت فیلم سوخت تشکیل شده روی دیواره در فشارهای مختلف پاشش و زوایای مختلف قرارگیری انژکتور در محفظه مقایسه شده است. همچنین تاثیر دمای دیواره و پاشش تک مرحله ای و دو مرحله ای سوخت با نسبت های مختلف جرم سوخت پاشش شده بر تشکیل فیلم سوخت مورد ارزیابی قرار گرفته است. از آنجاکه در موتورهای پاشش مستقیم بنزینی باتوجه به شرایط کاری موتور، سوخت می تواند در هر دو مرحله مکش و تراکم به درون محفظه احتراق پاشش شود، شبیه سازی به صورت سیکل باز انجام شده است.
    کلیدواژگان: اسپری، پاشش دو مرحله ای، زاویه انژکتور، ضخامت فیلم سوخت، موتور پاشش مستقیم بنزینی
  • صادق ظفریان، سید مسعود حسینی سروری، سید حسین منصوری صفحات 106-116
    این مقاله توانایی مدل مجموع وزنی گازهای خاکستری بر پایه خط طیف رابرای حل معادله انتقال تابش در محیط هایجذب کننده-صادرکننده، غیرپخشی و غیرخاکستری نشان می دهد. محیط دارای چشمه های حرارتی می باشد و در حالت تعادل تابشی قرار دارد که در سیستم های با دمای کارکرد بالا اتفاق می افتد. در مدل مجموع وزنی گازهای خاکستری بر پایه خط طیف، محیط گازی غیرخاکستری به مجموعه ایی از گازهای خاکستری تقسیم می شود و معادله انتقال تابش برای هر یک از این گازهای خاکستری توسط روش جهت های مجزا حل می گردد. شدت های تابش از جمع مقادیر متناظر بر روی همه گازهای خاکستری بدست می آید و میدان دما از یک روش تکراری به روز رسانی می شود. ضریب های به روز رسانی شده حاصل از پایگاه داده های طیفی دما بالا (نسخه2010 میلادی) در روش مجموع وزنی گازهای خاکستری بر پایه خط طیف به کار گرفته شده است. اعتبار روش عددی حاضر برای حالتی که توزیع دما مشخص باشد و همچنین حالتی که توزیع دما مشخص نباشد (در حالت تعادل تابشی توزیع دما مشخص نیست) مورد بررسی قرار گرفته است. چندین مثال برای نشان دادن توانایی حل پیشنهاد شده برای محاسبات تابشی در محیط های دارای چشمه های حرارتی و شرایط مرزی مختلف(دماثابت و عایق) ارائه شده اند.
    کلیدواژگان: تابش، محیط غیرخاکستری، تعادل تابشی، چشمه های حرارتی
  • علی موسوی محمدی، علیرضا اکبرزاده، ایمان کاردان صفحات 117-128
    این مقاله به بررسی روش‏های گوناگون نگاشت ماتریسهای سفتی، میرایی و جرم بین فضای مفصل و کارتزین در مبحث کنترل امپدانس ربات‏ها می‏پردازد. نگاشت بین این دو فضا، از موضوعاتی است که به صورت ویژه برای ماتریس سفتی ربات‏های سری و موازی مورد بررسی و استفاده بسیاری از محققان واقع شده است. اما تمامی روابط نگاشت ارائه شده پیش از این برای جابجایی های کوچک یا همان حالت استاتیکی بیان شده‏ اند. در واقع تاکنون برای جابجایی های بزرگ یا مسائل دینامیک، روابط صحیحی ارائه نشده است. بنابراین در پژوهش حاضر، نگاشت امپدانس با بررسی روش‏های قدیمی و همچنین ارائه یک روش جدید، بررسی می‏ گردد. روش پیشنهادی، نگاشت برای جابجایی های بزرگ نامیده شده است. با بررسی پژوهش‏های قدیمی، دو روش شاخص برای نگاشت ارائه شده که به همراه روش پیشنهادی، مورد بررسی قرار می‏گیرند. بدین منظور آزمایشی در نرم‏ افزار متلب، محیط شبیه‏ سازی سیمولینک، طراحی و پیاده‏ سازی شده تا تفاوت بین روش‏ها را به صورت واضح بیان کند. سپس آزمایش پیشنهادی با پیاده‏ سازی عملی روی یک ربات اسکرا انجام شده است. چنانکه نتایج شبیه‏ سازی و پیاده‏ سازی عملی نشان می‏دهد، فقط روش پیشنهادی قادر به نگاشت صحیح ماتریس‏های سفتی، میرایی و جرم در جابجایی های بزرگ است. بقیه روش‏ها، بخصوص با دور شدن از موقعیت تعادل یا همان موقعیت اولیه ربات، با انحرافات بیشتری همراه می‏ شوند. همچنین با بررسی دقیق‏ تر نتایج نگاشت پارامترهای کنترل امپدانس، تفاوت اصلی در نگاشت ماتریس سفتی و میرایی مشاهده شد، در حالی که نتایج نگاشت ماتریس جرم یکسان بدست آمد.
    کلیدواژگان: کنترل امپدانس، نگاشت امپدانس، فضای مفصل، فضای کارتزین
  • علی خرم، عابد جعفری، محمود مرادی صفحات 129-135
    در این مقاله ، لحیم کاری سخت به کمک لیزر فولادهای زنگ نزن آستنیتی (321) و مارتنزیتی (410) با استفاده از لیزر پالسیNd:YAG 400 وات با ماده پرکننده پایه نیکل BNi-2 انجام پذیرفت. فرآیند لحیم کاری سخت به کمک لیزر در درزهای اتصال متفاوت انجام پذیرفت. میکروساختار و آنالیز ترکیب ماده پرکننده و اتصال با میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد مطالعه قرار گرفت. تست سختی و کشش برای بررسی خواص مکانیکی اتصالات لحیم کاری شده انجام شد. نتایج نشان می دهد که ماده پرکننده ترشوندگی و پخش شوندگی خوبی بر روی فولادهای زنگ نزن 321 و 410 در فرآیند لحیم کاری سخت به کمک لیزر دارد. ماده پرکننده شامل محلول جامد نیکل، بورید نیکل و بورید کروم می باشد. اتصالات لحیم کاری شده عمدتا شامل محلول جامد نیکل و بورید نیکل در مرکز اتصال و بورید کروم در نزدیکی سطح مشترک با فلزپایه می باشد. میانگین میکروسختی ماده پرکننده 550 ویکرز و میانگین میکروسختی اتصالات لحیم کاری شده 500 ویکرز می باشد. استحکام کششی اتصالات لحیم کاری شده بین 200 تا 480 مگاپاسکال است که به سبب درزهای اتصال متفاوت است.
    کلیدواژگان: لحیم کاری سخت به کمک لیزر، فولاد زنگ نزن 321، فولاد زنگ نزن 410، ماده پرکننده BNi، 2، لیزر پالسی Nd:YAG
  • حسن صیادی، حسین رستمی نجف آبادی، محمد امین عسکری فرسنگی صفحات 136-144
    در این مقاله، مدل ساختاری پایه ترمودینامیکی برای مدلسازی رفتار آلیاژ حافظه دار مغناطیسی طی اعمال کرنش در یک سیستم برداشت کننده انرژی بکار برده شده است. در این سیستم با اعمال کرنش به آلیاژ، مغناطش داخلی آن تغییر کرده و در نتیجه شار اطراف آن تغییر می کند. با قرار دادن یک سیم پیچ می توان این تغییر شار را به ولتاژ تبدیل نمود. برای بررسی اثر تغییر ابعاد در انرژی استحصالی، فاکتور مغناطیس زدائی برای ابعاد مختلف از رابطه تحلیلی مواد فرومغناطیسی مکعب مستطیل محاسبه و نتایج با داده های مرجع راستی آزمایی شده اند. با استفاده از این رابطه اثر تغییر ابعاد در مقادیر فاکتور مغناطیس زدائی بررسی شده اند. با افزایش ضخامت آلیاژ، فاکتور مغناطیس زدائی در راستای طولی بیشتر و در راستای عرضی کمتر می شود در حالیکه این فاکتور برای هردو راستا با افزایش عرض قطعه افزایش می یابد. مدل ساختاری آلیاژ برای پیکربندی که سیم پیچ برداشت کننده دور آلیاژ پیچیده می شود و برای پیکربندی که از هسته فرومغناطیسی برای هدایت شار استفاده می شود، بکار برده شده است. شبیه سازی در ضخامت های مختلف آلیاژ نشان می دهد افزایش ضخامت در پیکربندی که سیم پیچ دور آلیاژ قرار دارد باعث افزایش ولتاژ بصورت خطی می شود در صورتیکه برای پیکربندی -هسته دار افزایش ضخامت در ضخامت های کم باعث افزایش ولتاژ و در ضخامت های زیاد افزایش کمتر ولتاژ رادر پی دارد. با افزایش عرض آلیاژ، هردو پیکربندی افزایش ولتاژ خطی دارند اگرچه در سیستم هسته دار شیب خط افزایش ولتاژ بیشتر است. افزایش طول هم بدون اینکه در ولتاژ خروجی پیکربندی با سیم پیچ دور آلیاژ تغییری ایجاد کند باعث افزایش ولتاژ خروجی سیستم هسته دار می شود.
    کلیدواژگان: آلیاژ حافظه دار مغناطیسی، برداشت انرژی، فاکتور مغناطیس زدائی، مدار مغناطیسی
  • مجتبی نبی پور، امیر حسین بهروش، بهنام آخوندی صفحات 145-150
    در این مقاله به بررسی اثر متغیر های چاپ بر استحکام کششی قطعات کامپوزیتی پلیمری- فلزی ساخته شده با چاپگر سه بعدی FDM پرداخته شده است. در سال های اخیر استفاده از چاپگرهای سه بعدی در صنایع گوناگون روزافزون بوده و فرآیند FDM یکی از متداول ترین روش های تولید قطعه در این حوزه می باشد. با اینکه پژوهش های گسترده ای در این بخش انجام شده ولی در زمینه توسعه مواد اولیه و استفاده از آن ها در فرآیند FDM پژوهش های محدودی صورت گرفته است. در این تحقیق قطعات تولید شده از جنس کامپوزیت پلیمری-فلزی با درصد وزنی ثابت 25% پودر فلز بوده و از پودر مس به عنوان جزء فلزی و از گرانول ABS به عنوان پلیمر استفاده شده است. رشته های کامپوزیتی در یک فرآیند جداگانه تولید شده و متغیر های بهینه آن گزارش شده است. چهار متغیر قطر نازل، ارتفاع لایه، الگوی پرشدن و دمای نازل در سه سطح برای بررسی انتخاب شد و جهت تعیین میزان اثر هر متغیر و یافتن سطوح بهینه برای هرکدام، از روش تاگوچی استفاده گریدید. شاخص اثر اصلی، نسبت سیگنال به نویز و تحلیل واریانس به منظور بررسی متغیر ها به کار گرفته شد و سطوح بهینه آن ها محاسبه گردید. در نهایت قطعه بهینه بر اساس تحلیل های روش تاگوچی ساخته شد و برای تایید آزمایش ها و نتایج مورد استفاده قرار گرفت.
    کلیدواژگان: چاپگر سه بعدی، فرآیند FDM، کامپوزیت های پلیمری، فلزی، متغیر های چاپ
  • محسن بختیاری شهری، حمید معین فرد، مجید معاونیان صفحات 151-160
    میکروصفحه های دایره ای با توجه به هندسه ی خاصی که دارند، در سیستم های میکروالکترومکانیکی مانند میکروپمپ ها و مبدل های فراصوتی، مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از مهم ترین مشکل های کار با میکرومحرک های الکترواستاتیک، وقوع پدیده ی ناپایداری کششی است که مانع از ایجاد جابجایی های بزرگ می شود. با طراحی کنترل کننده ی مناسب، می توان میکرومحرک را در موقعیت های فراتر از ناپایداری کششی نیز پایدار کرد. در این پژوهش، کنترل موقعیت میکرومحرک الکترواستاتیکی تشکیل شده از دو صفحه ی دایره ای با تکیه گاه گیردار، مورد نظر است. این کار با هدف افزایش بازه ی حرکتی میکرومحرک و تسریع در اجرای فرمان، انجام می شود. با توجه به عدم قطعیت مقادیر پارامترهای مسئله و به منظور در نظر گرفتن خطای مدل سازی، از کنترل کننده ی فازی استفاده شده است. ابتدا با فرض غالب بودن مود اول ارتعاشات و با استفاده از روش لاگرانژ، معادله ی حاکم بر ارتعاشات صفحه ها به دست آمده است. با استفاده از شبیه سازی های استاتیکی و دینامیکی مسئله، پایگاه قواعد فازی نوشته شده است. به منظور تسریع در اجرای فرمان کنترلی، ضرایب کنترل کننده ی فازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک، بهینه شده اند. در انتها، با تکرار فرایند بهینه سازی برای موقعیت های مختلف میکرومحرک، رابطه ای برای بیشینه ی ولتاژ اعمال شده برحسب موقعیت موردنظر، به دست آمده است. عملکرد کنترل کننده ی فازی به همراه رابطه ی به دست آمده، هنگام اجرای فرمان های پله، پله ی چندگانه و چیرپ ترسیم شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که اهداف پژوهش به خوبی برآورده شده اند.
    کلیدواژگان: جفت میکروصفحه ی دایره ای، پایدارسازی ورای ناپایداری کششی، کنترل فازی، بهینه سازی، محرک الکترواستاتیکی
  • امیررضا شاهانی، حمید شوشتر صفحات 161-172
    برخلاف فلزات که روش های تعیین خواص شکست آن ها در چارچوب تئوری های مکانیک شکست الاستیک خطی و مکانیک شکست الاستیک-پلاستیک کاملا استاندارد گردیده، برای مواد پلیمری بدلیل پیچیدگی های ناشی از رفتار ویسکوالاستیک آن ها، توسعه تئوری های مکانیک شکست ویسکوالاستیک خطی و خصوصا غیرخطی بطورکامل انجام نگرفته است. در مورد لاستیک ها حتی تئوری های مستقل از نرخ مبتنی بر تئوری الاستیسیته غیرخطی نیز کاربرد عمومی نیافته اند. در عمل بسیاری از محققان از همان روش های ارائه شده برای فلزات در مورد لاستیک ها استفاده می کنند. در این مقاله روش های مرسوم برای تعیین خواص شکست لاستیک ها بر مبنای انتگرال J و چالش های مرتبط با کاربرد این روش ها بررسی گردیده است. مشخصا به اثرات اتلاف انرژی در نواحی دور از راس ترک و روش های اصلاح این اثرات پرداخته شده است. با انجام آزمایش بر روی نمونه های SENT از یک ماده لاستیکی از خانواده پلی بوتادین نشان داده شده که روش آزمایش چندنمونه ای شناخته شده برای محاسبه Jc، به دلیل الگوریتم محاسباتی خاص خود، دارای حساسیت شدیدی نسبت به خطاهای تجربی است که خود را بصورت وابستگی مقادیر Jc به طول ترک اولیه نشان می دهد و تنها درصورت آزمایش نمونه های متعدد و حذف خطاهای تجربی کارایی دارد. در مقابل، روش اصلاح مکان هندسی با تعداد نمونه های کمتر و حساسیت بسیار پایین تر نسبت به خطاهای تجربی، یک مقدار Jc واحد قابل اطمینان بدست می دهد. همچنین با استفاده از این روش، مشکل وابستگی نتایج آزمایش به طول نمونه ها که در برخی از مراجع قبلی گزارش شده برطرف گردیده و در مجموع امکان استخراج Jc بعنوان یک خاصیت ماده مستقل از ابعاد نمونه فراهم می گردد.
    کلیدواژگان: لاستیک، چقرمگی شکست نرم، انتگرال J، روش چند نمونه ای، روش مکان هندسی
  • نیما جناتیان قادیکلایی، علی کمالی ایگلی، حمید نادران طحان صفحات 173-184
    در این مقاله بررسی مدل دینامیکی، کنترل موقعیت و تولید مسیر برای یک ربات ماهی دو لینکی ارائه شده است. برای این منظور از مدل دینامیکی یک ربات ماهی دو لینکی مبتنی بر نظریه ی هیدرودینامیکی لایت هیل استفاده می شود. با انجام شبیه سازی های متعدد، ورودی های موثر و نحوه ی تاثیر آن ها بر سرعت خطی ربات، شعاع انحنا ی مسیر و راندمان هیدرودینامیکی بررسی می گردد. جهت تولید مسیر به روش نقطه به نقطه، کنترل کننده ای برای موقعیت ربات طراحی می شود. با تعریف نقطه ی هدف و خطاهای زاویه و فاصله، استراتژی طراحی کنترلر بر اساس محدود نمودن خطای زاویه در یک همسایگی محدود صفر اتخاذ می گردد. نشان داده می شود که محدود نگاه داشتن خطای زاویه در یک همسایگی ده درجه ای صفر، موجب می شود خطای فاصله نیز خود به خود به سمت صفر میل کند. برخلاف روش های پیشین، که در آن ها میل دادن همزمان خطاهای زاویه و فاصله به سمت صفر، موجب صرف تلاش کنترلی فراوانی می شد، استراتژی کنترلی پیشنهاد شده در این مقاله علاوه بر بهبود عملکرد ربات ماهی با صرف تلاش کنترلی کمتر، موجب ساده تر شدن ساختار کنترلر و بی نیازی آن از پسخورد سرعت نیز می شود. در نهایت با استفاده از نتایج بررسی های انجام شده بر روی مدل، نشان داده می شود که استفاده از دامنه ی حداقل برای ربات دو لینکی متوسط راندمان هیدرودینامیکی مسیر را به قدر کافی به مقدار بهینه ی آن نزدیک می نماید.
    کلیدواژگان: ربات ماهی، تولید مسیر، هیدرودینامیک لایت هیل، کنترل موقعیت
  • هادی اعتمادی، محمد فتحعلی لو، رسول شعبانی، قادر رضازاده صفحات 185-192
    در مقاله حاضر به بررسی مواجهه سیال-جامد در یک میکروتیر الکترواستاتیکی با استفاده از تئوری آیرودینامیک سه بعدی پرداخته شده است. از تئوری تنش کوپل اصلاح شده جهت مدل سازی الاستیسیته وابسته به اندازه میکروتیر استفاده شده است. مدل ارائه شده می تواند به عنوان یک میکرو سنسور جرمی مورد استفاده قرار گیرد. برای آنالیز رفتار دینامیکی میکروتیر، یک ولتاژ مستقیم به سیستم اعمال شده و سپس با اعمال ولتاژ متناوب مشخصات دینامیکی سیستم حول وضعیت تغییر شکل یافته استاتیکی مورد تحلیل قرار گرفته است. به دلیل ماهیت غیر خطی معادلات حاکم برای حل آن ها از مدل کاهش مرتبه مبتنی بر گالرکین استفاده شده است. نتایج نشان داده اند که در نظر گرفتن تنش کوپل و نیز افزایش اندازه پارامتر مشخصه طولی باعث کاهش اندازه اختلاف فشار سیال ایجاد شده بین دو طرف میکروتیر می شود. با این حال با توجه به تئوری آیرودینامیک سه بعدی برای مواجهه سیال-جامد، تغییر اختلاف فشار ایجاد شده منجر به بروز اختلاف در پیش بینی اندازه جرم افزوده بین دو تئوری کلاسیک و تنش کوپل اصلاح شده نمی شود. در بخش دیگری از نتایج نشان داده شده است که وجود جرم افزوده تا چه اندازه می تواند باعث تغییر در نمودارهای پاسخ فرکانسی رسم شده برای سیستم شود. هم چنین اعمال تئوری تنش کوپل و افزایش اندازه پارامتر مشخصه طولی باعث سفت تر شدن سیستم و متعاقب آن کاهش دامنه ارتعاشی و شیفت نمودارهای پاسخ فرکانسی به سمت راست شده است.
    کلیدواژگان: تنش کوپل اصلاح شده، جرم افزوده، فرکانس طبیعی، مواجه سیال، جامد
  • نوذر اکبری صفحات 193-202
    انسداد جریان که ممکن است به دلایل مختلفی در ورودی یک توربین گازی رخ دهد، باعث ایجاد اختلال در شرایط عملکردی کمپرسور و همچنین کل مجموعه توربین گاز می شود، لذا بررسی این پدیده و راه های کنترل آن بسیار مهم است. مدل سازی عددی انسداد جریان ورودی به یک رتور کمپرسور محوری و کنترل فعال ناپایداری های حاصل از آن به وسیله تزریق جت هوا در ناحیه درز نوک پره، موضوع مورد مطالعه در مقاله حاضر است. شبیه سازی الگوی انسداد جریان با ایجاد پنج هندسه مختلف از انسداد قطاعی (میزان انسداد 5%، 10%، 15%، 20% و 25% از مجرای ورودی به کمپرسور) در ورودی انجام شده است. در راستای کنترل فعال ناپایداری ها، از 12عدد انژکتور در بالادست رتور کمپرسور که در راستای محیطی به صورت متقارن قرارگرفته اند، استفاده شده است. نسبت دبی تزریق خروجی از انژکتورها به دبی کلی مجرای ورودی به رتور در کلیه حالات کمتر از 2% می باشد. مدل سازی عددی به کمک نرم افزار انسیس سی اف ایکس و با به کار گیری مدل آشفتگی kω-SST انجام شده است. نتایج حاکی از آن است که با افزایش میزان انسداد ورودی، افت عملکرد و افت بازدهی رتور نیز افزایش می یابد. همچنین برای شرایط مدل سازی شده این رتور، تزریق جت هوا تا انسداد 10% باعث بهبود عملکرد رتور می شود و در انسداد های بیشتر از آن که ناپایداری های نسبتا قوی ایجاد می شود، تزریق جت هوا اثر منفی بر روی عملکرد رتور می گذارد. زیرا جریان خروجی از انژکتورها به شدت تحت تاثیر ناپایداری های حاصل از انسداد قرار می گیرند و به جای اصلاح جریان، آن را ناپایدارتر می کند.
    کلیدواژگان: انسداد جریان ورودی، کنترل فعال استال، تزریق جت هوا، کمپرسور محوری
  • ابراهیم پناه پوری، علی پرویزی صفحات 203-209
    کاربردهای فراوان فرآیند کشش لوله از جمله ساخت ابزارهای پزشکی، باعث شده که مطالعه ی جنبه های مختلف این فرآیند در سال های اخیر مورد توجه قرار گیرد. در این مقاله، با در نظر گرفتن تنش های برشی و توزیع خطی تنش کششی در المان های ناحیه ی تغییر شکل برای اولین بار، حل تحلیلی بر مبنای روش قاچی، برای فرآیند کشش لوله ی جدارنازک با وجود توپی ثابت، ارائه شده است. در استخراج معادلات، فشار خارجی درسطح قالب، با فشار داخلی در سطح توپی، متفاوت لحاظ شده است. با توجه به جدار نازک بودن لوله، شرایط کرنش صفحه ای برای مسئله در نظر گرفته می شود. همچنین به منظور ارزیابی دقت نتایج تحلیلی، تحلیل المان محدود فرآیند کشش لوله با استفاده از نرم افزار آباکوس انجام شده است. بررسی نتایج نشان می دهند که میزان تنش کششی مورد نیاز برای کشش لوله با افزایش زاویه ی قالب کاهش می یابد. همچنین با در نظر گرفتن توزیع خطی تنش در جداره ی لوله، میزان تنش کششی از سطح داخلی تا سطح خارجی لوله کاهش می یابد. به علاوه مشاهده می شود که فشار در سطح تماس لوله و قالب، بیشتر از فشار در سطح تماس لوله و توپی بوده و اختلاف فشار در این دو سطح، با افزایش زاویه ی قالب، افزایش می یابد. حل بسته ی ارائه شده می تواند به عنوان یک ابزار سودمند در صنایع، جهت محاسبه ی تنش کششی لازم برای انجام فرآیند کشش لوله با توپی ثابت، مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: کشش لوله، روش قاچی، کرنش صفحه ای، روش المان محدود، توزیع خطی تنش
  • عماد حسرتی، رضا انصاری خلخالی صفحات 210-220
    پوسته های مخروطی به طور گسترده در بسیاری از کاربردهای مهندسی از جمله مکانیک، عمران و هوافضا مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله، ارتعاشات غیرخطی پوسته های مخروطی تحت شرایط مرزی مختلف با استفاده از یک رهیافت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور، معادلات حاکم و شرایط مرزی مرتبط، بر اساس تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول و با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده اند. پس از بی بعدسازی معادلات حاکم، به منظور دست یابی به فرم گسسته ی معادلات از روش تربیع دیفرانسیلی تعمیم یافته استفاده شده است. سپس با اعمال روش گلرکین عددی معادلات حاکم به فرم معادلات دیفرانسیل معمولی در آمده است و روشی تحت عنوان گسسته سازی شبکه بندی متناوب برای به دست آوردن فرم گسسته ی معادلات در حوزه ی زمان به کار گرفته شده است. در نهایت پاسخ فرکانسی ارتعاشات غیرخطی پوسته ی مخروطی با استفاده از روش طول-کمان به دست آمده است. با ارائه ی نتایج عددی، اثرات عواملی نظیر نسبت ضخامت به شعاع، نست شعاع های کوچک و بزرگ، زاویه ی راس مخروط و شرایط مرزی مختلف بر ارتعاشات غیرخطی پوسته های مخروطی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. مشاهده می شود که تغییر شکل مود ارتعاشی غالب و تعداد موج های محیطی پوسته تاثیر قابل توجهی بر اثرات سخت شوندگی و ارتعاشات غیرخطی دارد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات غیرخطی، پوسته های مخروطی، روش تربیع دیفرانسیلی تعمیم یافته، رهیافت عددی
  • محمد حسینی، فرید لطفی اسدی صفحات 221-228
    در این مقاله به تحلیل ارتعاشات یک تیر یکسرگیردار ویسکوالاستیک با دولایه پیزوالکتریک تحت نیروی آیرولاستیک و تحریک پایه پرداخته شده است. فرض می شود که ماده ویسکولاستیک تیر از مدل کلوین-وویت تبعیت می کند. همچنین دو لایه پیزوالکتریک در بالا و پایین تیر واقع شده است که به صورت اتصال سری به یکدیگر ارتباط دارند. نیروی آیروالاستیک بر اساس تئوری پیستون در نظر گرفته شده و به صورت یک نیروی خارجی بر تیر عمل می کند، همچنین فرض شده است که تحریک پایه به صورت تصادفی باشد. در این پژوهش تیر یکسرگیردار با دو لایه ی پیزوالکتریک به عنوان مکانیزم برداشت انرژی خمشی در نظر گرفته شده است. در ابتدا معادله ی دیفرانسیل پاره ای غیر خطی حاکم بر ارتعاش عرضی تیر با بکارگیری روش گالرکین به تعدادی معادله دیفرانیسل معمولی تبدیل شده که همراه با معادله ی الکتریکی حاکم بر پیزوالکتریک با استقاده از روش عددی رانگ- کوتا حل شده اند. سپس با بررسی پاسخ معادلات حاکم، به مطالعه ی تاثیر پارامترهای سیستم بر رفتار ارتعاشی تیر و ولتاژ خروجی پرداخته می-شود. نتایج نشان می دهد که با افزایش سرعت سیال، انرژی سیستم افزایش می یابد که باعث افزایش دامنه ی ارتعاشی و ولتاژ خروجی سیستم می گردد. علاوه براین نشان داده شد که میرایی ساختاری بر مقدار ولتاژ خروجی تاثیر بسزایی دارد.
    کلیدواژگان: تیر یکسرگیردار، لایه ی پیزوالکتریک، نیروی آیروالاستیک، تحریک پایه، برداشت انرژی
  • حدیثه نصیری، حمید قدیری، محمدرضا جاهد مطلق صفحات 229-240
    در این مقاله یک کنترل کننده بر اساس کنترل پیش بین جهت هدایت و کنترل ربات دوپای نائو پیشنهاد شده است. یکی از چالش های موجود بر سر راه اعمال عملی این نوع کنترل کننده ها بار محاسباتی آن ها و زمان بر بودن عملیات کنترلی آن در هر گام زمانی می باشد، که به منظور کاهش بار محاسباتی کنترل کننده پیش بین، استفاده از توابع لاگر پیشنهاد شده است. در این پژوهش ابتدا با استفاده از روش های مرسوم شناسایی با استفاده از داده های واقعی به دست آمده از ربات نائو موجود در مرکز تحقیقات مکاترونیک دانشگاه آزاد قزوین، یک مدل مناسب برای راه رفتن ربات نائو که به صورت یک حرکت دوبعدی در صفحه در نظر گرفته شده است، پیشنهاد می شود. سپس با استفاده از کنترل کننده پیش بین مبتنی بر مدل به طراحی کنترل کننده برای حرکت ربات پرداخته خواهد شد. هدف از این رویکرد کنترلی، در گام نخست پایدارسازی راه رفتن ربات و پس از آن، هدایت ربات و سپس حفظ آن بر روی مسیر مطلوب مورد نظر است، به طوری که تا جایی که امکان دارد این ردیابی مسیر به خوبی انجام شود. علاوه بر این به منظور ارزیابی کارایی کنترل کننده پیشنهادی، این کنترل کننده را با کنترل کننده تناسبی، مشتق گیر و انتگرالی مقایسه کرده و به بررسی آن پرداخته خواهد شد. نتایج شبیه سازی، موثر بودن عملکرد کنترلی پیشنهادی را در ردیابی مسیر ربات نشان می دهد، که در انتها مقایسه ی نتایج حاصل از هر دو رویکرد کنترلی، گویای کارایی و قابلیت های متعدد روش پیشنهادی در این پژوهش می باشد.
    کلیدواژگان: ربات انسان نمای نائو، شناسایی سیستم، کنترل پیش بین مبتنی بر مدل، ردیابی مسیر
  • فتح الله طاهری بهروز، محسن منصوری نیک صفحات 241-252
    در این مقاله رفتار خمشی تیرهای ساندویچی کامپوزیتی تحت بارگذاری خمش چهار نقطه به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرارگرفته است. پوسته ها و هسته ی تیر ساندویچی به ترتیب از الیاف شیشه بافته شده با رزین اپوکسی و فوم پلی وینیل کلرید با چگالی 70 کیلوگرم بر مترمکعب ساخته شده است. آزمون خمش چهار نقطه بر روی تیرهایی با طول های مختلف با در نظر گرفتن دو نوع لایه چینی 0/90 و45 ± برای پوسته ها انجام شده است. مکانیزم تخریب در تیرهای آزمایش شده، ناشی از فرو رفتگی فوم و در ادامه شکست پوسته در زیر محل بارگذاری بوده است. به منظور بررسی صحت نتایج تجربی شبیه سازی عددی تیر ساندویچی با استفاده از نرم افزار تجاری آباکوس انجام گرفته است. در تحلیل های عددی از مدل های مادی غیر خطی برای شبیه سازی رفتار برشی فوم و پوسته ها استفاده شده است. علاوه بر آن بدلیل بروز تغییر شکل های بزرگ در تیرهای ساندویچی تحت خمش، از فرض غیرخطی هندسی در تحلیل المان محدود استفاده شده است. پیش بینی شروع تخریب در المان های پوسته به وسیله ی معیار هشین اصلاح شده انجام شده است. با استفاده از زیرروال USDFLD تحلیل غیرخطی تنش و تخریب پوسته ها در نرم افزار ABAQUS وارد شده است. همچنین مدل لهیدگی فوم برای شبیه سازی رفتار پلاستیک هسته ی فومی استفاده شده است. منحنی های نیرو- جابه جایی و مکانیسم های تخریب پیش بینی شده با روش عددی تطابق خوبی را با نتایج آزمایشگاهی نشان دادند.
    کلیدواژگان: تیر ساندویچی کامپوزیتی، رفتار خمشی، فرورفتگی، مدل سازی عددی
  • مهدی راغبی، فریبرز فاتحی سیچانی، سعید رهنما صفحات 253-262
    مفتول دولایه آلومینیوم با پوشش مسی بر اساس استاندارد ASTM B566 قابل استفاده در شبکه های مخابراتی و انتقال سیگنال است. میزان فشار بین لایه ای طی فرآیند کشش بر کیفیت اتصال دو ماده موثر است. نمونه مفتول دولایه با پوشش مس به ضخامت 0.45 میلیمتر با قطر 9.5 میلیمتر تولید شد. مفتول تولید شده تحت فرآیند کشش سیم با نسبت کاهش سطح مقطع6.2% قرارگرفت. در این تحقیق اثر دو پارامتر فرآیند کشش سیم شامل نیم زاویه قالب و درصد کاهش سطح مقطع بر تغییرات فشار بین لایه ای با استفاده از شبیه سازی به کمک نرم افزار ANSYS 17 مورد بررسی قرار گرفته است. با مقایسه منحنی نیرو-جابجایی آزمون تجربی و مدلسازی انجام شده، صحت سنجی نتایج بررسی و مطلوب بود. طی تحقیق مشخص شد، با افزایش نسبت کاهش سطح مقطع، درصد افزایش فشار بین لایه ای بیشینه به مقدار نیم زاویه قالب بستگی دارد. به طوری که در نیم زاویه قالب 5 درجه افزایش نسبت کاهش سطح مقطع موجب افزایش فشار بین لایه ای بیشینه نمی شود. اما شدیدترین تاثیر تغییر نسبت کاهش سطح مقطع بر فشار بین لایه ای در نیم زاویه 45 درجه است. تغییرات این فشار با نیم زاویه قالب، به نسبت کاهش سطح مقطع بستگی دارد. به طوری که در نسبت کاهش سطح مقطع 6.2% فشار بین لایه ای بیشینه با افزایش نیم زاویه قالب از 5 تا 45 درجه، کاهش می یابد. در صورتی که فشار بین لایه ای در نسبت کاهش سطح مقطع 20% با افزایش نیم زاویه قالب افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: مفتول دو لایه آلومینیوم پوشیده با مس، کشش سیم، فشار بین لایه ای، روش اجزاء محدود، انسیس
  • عباس افشاری، علی اکبر دهقان، ولی کلانتر، محمد فرمانی صفحات 263-272
    نوسانات فشار روی سطح ناشی از لایه مرزی آشفته دارای رفتار فیزیکی پیچیده ای بوده و با توجه به کاربردهای وسیع آن در حوزه های مختلف، تاکنون مطالعات گسترده ای روی آن انجام گرفته است. در مطالعه حاضر برای بررسی نوسانات فشار جریان آشفته روی سطح تحت شرایط گرادیان فشار صفر از یک صفحه تخت با طول وتر mm 580 استفاده شده است. کلیه آزمایش ها در تونل باد مادون صوت دانشگاه یزد و در سه سرعت 10، 15 و 20 متر بر ثانیه انجام گرفته است. در این مطالعه برای اندازه گیری نوسانات فشار ناپایای سطح از یک میکروفن کوچک کندانسوری دقیق به عنوان سنسور فشار استفاده شده است. همچنین جهت اندازه گیری پارامترهای مختلف لایه مرزی آشفته و فراهم نمودن متغیرهای مورد نیاز مدل های نیمه تجربی پیش بینی طیف فشار دیوار، از جریان سنج سیم داغ یک بعدی با مدار دما ثابت استفاده شده است. طیف فشار سطح در سرعت های مختلف اندازه گیری شده و نحوه اجتماع آن ها روی یک منحنی در نتیجه نرمال کردن با استفاده از مقیاس های مختلف لایه مرزی آشفته مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که بهترین اجتماع داده ها در فرکانس های پایین و میانی به ازای استفاده از مقیاس های ترکیبی بدست خواهد آمد. با این وجود در محدوده فرکانس های بالا، مقیاس های لایه مرزی داخلی مناسب تر هستند. در نهایت پس از اطمینان از صحت نتایج طیف فشار سطح، کارایی مدل های مختلف نیمه تجربی طیف فشار دیوار مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان دهنده کارایی مناسب مدل نیمه تجربی گودی در پیش بینی طیف فشار سطح با استفاده از پارامترهای لایه مرزی آشفته است.
    کلیدواژگان: نوسانات فشار سطح، لایه مرزی آشفته، طیف فشار، مدل های نیمه تجربی
  • بهنام یزدان خو، برهان بیگ زاده صفحات 273-283
    شفافیت یک معیار ارزیابی سیستم های تله اپراتوری بر مبنای خطای نیرو و موقعیت است. معماری های کنترلی مرسوم برای حفظ پایداری عموما شفافیت بالایی را نتیجه نمی-دهند. یک روش نوین رویکرد تله اپراتوری مدل میانجی است که امپدانس محیط را در سمت پیرو تخمین زده و به راهبر ارسال می کند تا با ایجاد یک محیط مجازی، نیرو در آن جا به صورت محلی محاسبه گردد. این امر شفافیت را بدون کاهش پایداری و در حضور تاخیر زمانی در سیستم افزایش می دهد. قرار دادن محیط مجازی در محل صحیح تاثیر چشم گیری بر افزایش شفافیت سیستم دارد، اما روش های ارائه شده برای این منظور عموما یا نیازمند ساده سازی مدل محیط هستند یا تاثیر منفی بر شفافیت می گذارند. در این مقاله الگوریتمی نوین و در عین حال بسیار ساده جهت تعیین موقعیت محیط مجازی و زمان برخورد ارائه شده است. مهم ترین ویژگی این الگوریتم این است که اولا مستقل از مدل محیط بوده و بنابراین برای تمام محیط ها قابل پیاده سازی است، ثانیا شفافیت سیستم را بدون استفاده از سنسورهای اضافی افزایش می دهد. رویکرد پیشنهادی در یک سیستم تله اپراتوری دو جانبه ی یک درجه آزادی با تاخیر زمانی پیاده سازی شده است. جهت تخمین امپدانس محیط از روش های نوین دقیق و مقاوم استفاده شده است. از کنترلرهای امپدانس و مد لغزشی برای کنترل به ترتیب راهبر و پیرو استفاده شده و عملکرد سیستم در تعامل با محیط های سخت و نرم بررسی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد در تعامل با هر دو محیط شفافیت سیستم بسیار بالا است، اما تنها در لحظه ابتدایی برخورد با محیط سخت پرش مدل رخ می دهد.
    کلیدواژگان: سیستم تله اپراتوری دوجانبه، شفافیت، رویکرد مدل میانجی، محیط مجازی، کنترلر مد لغزشی
  • مصطفی پیرمرادیان، حسین کریم پور صفحات 284-292
    در این مقاله، پایداری دینامیکی تیری با تکیه گاه های ساده که تحت عبور متوالی جرم ها قرار گرفته است با در نظر گرفتن عبارت های غیرخطی در تحلیل، مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد. چنین شرایط بارگذاری متناوبی روی تیر، در تحلیل مسائلی مانند حرکت وسایل نقلیه از روی پل ها، حرکت قطارهای سریع السیر از روی ریل ها، فرآیند ماشین کاری، خطوط انتقال سیال و لوله ی انواع سلاح پدیدار شده و لذا بررسی آن از نقطه نظر عملی حایز اهمیت است. عبور متناوب جرم ها از روی تیر به پیدایش معادله ای با ضرایب متغیر با زمان پریودیک می انجامد. با بکارگیری اصل همیلتون تعمیم یافته برای سیستم های جرم متغیر و در نظر گرفتن تمامی ترم های شتاب جرم های عبوری و همچنین فرضیه ی تغییر شکل بزرگ تیر، معادله ی حاکم بر مساله استخراج می شود. به منظور مواجهه با وابستگی تغییر شکل های طولی و عرضی، فرض عدم کشیدگی صفحه ی میانی تیر در نظر گرفته می شود و تفسیر مناسبی جهت موجه بودن این فرض ارائه می گردد. روش مقیاس های چندگانه برای به دست آوردن نواحی پایدار و ناپایدار مساله در صفحه ی پارامترها استفاده می شود. نتایج حاصل از بکارگیری این روش، تغییر رفتار کیفی را در پاسخ تیر بر اثر ترم های غیرخطی پیش بینی می کند. نتایج شبیه-سازی های عددی متفاوت انجام شده، صحت نتایج حاصل از حل تحلیلی اغتشاشی را تایید می کند.
    کلیدواژگان: تیر، جرم متحرک، اصل همیلتون تعمیم یافته، روش مقیاسهای چندگانه، تشدید پارامتریک، پدیده پرش
  • اصغر عظیمی، آرش عرب خلج، حجت قاسمی صفحات 293-304
    هدف از این مقاله بررسی ویژگی های تبخیر سوخت های تک جزئی و چندجزئی و مطالعه اثر ترم ناپایایی بر تبخیر قطرات این سوخت ها می باشد. بدین منظور از دو رویکرد کاملا گذرا و شبه پایا استفاده شده است. در این دو رویکرد معادلات اجزا، ممنتوم، و انرژی برای فاز گاز و معادلات اجزا و انرژی برای فاز مایع، با فرض خواص متغیر با دما، به صورت عددی حل شده اند. نتایج حاصل از روی کرد کاملا گذرا برای قطرات تک جزئی و چندجزئی در فشار اتمسفریک برای سوخت هایی با فراریت کم و زیاد و در گستره ی دمایی متنوع، تطابق مناسبی با داده های تجربی موجود در ادبیات دارد. در این مطالعه از سه هیدروکربن هپتان، دکان، و هگزادکان به منظور بررسی آثار فراریت سوخت بر تبخیر استفاده شده است. با بررسی تبخیر سوخت دو جزئی، از منظرهای متفاوت تبخیر چند مرحله ای برای قطرات چندجزئی بیان شده است. با استفاده از دو معیار ناپایایی مربوط به نفوذ جرمی بخار سوخت و نفوذ حرارت در سطح قطره، میزان شبه پایا بودن فرآیندهای حرارت و نفوذ در فاز گاز بررسی شده، و میزان انحراف رویکرد گذرا از رویکرد شبه پایا توجیه شده است. نتایج نشان می دهند که دمای محیط و نوع سوخت تاثیر زیادی در ناپایایی دارند؛ بطوریکه با افزایش دما و سنگین تر شدن سوخت میزان انحراف رویکرد شبه پایا از رویکرد گذرا افزایش می یابد. همچنین انحراف بین نتایج دو رویکرد با افزایش اختلاف فراریت سوخت ها بیشتر می شود و رویکرد شبه پایا برای قطرات سبک تر و اجزایی با فراریت مشابه نتایج نزدیکتری به رویکرد گذرا ارائه می دهد.
    کلیدواژگان: اثر گذرایی، تبخیر قطره، چندجزئی، سوخت
  • مجید یاراحمدی، سمیه چگینی صفحات 305-310
    در این مقاله، یک کنترل کننده مقاوم هوشمند کوانتومی مبتنی بر ترکیب روش کنترل مد لغزشی با لایه مرزی و شبکه های عصبی کوانتومی ارائه می شود. این کنترل کننده با استفاده از تابع لغزشی متغیر با زمان و در حضور اختلالات خارجی، برای سیستم های غیرخطی نامعین، به منظور حذف اثرات ناشی از نامعینی های سیستم و فرکانس های مدل نشده، طراحی شده است. در این روش بهره کنترل و پهنای باند فرکانس شکست به طور تطبیقی تنظیم می شوند و ضمن حذف اثرات نامعینی ها به طور کارا، کنترل-کننده فاقد هرگونه نوسانات شدید می باشد. با توجه به سرعت و دقت بالای شبکه های عصبی کوانتومی در شناسایی سیستم، در این مقاله یک شبکه عصبی کوانتومی سه لایه برای شناسایی توابع نامعین غیرخطی دینامیک سیستم طراحی شده است. هم چنین، به منظور پشتیبانی تئوری تحلیلی روش و استخراج قواعد تطبیقی یک قضیه ارائه و اثبات شده است. در پایان مثال های شبیه سازی شده نشان می دهند که روش پیشنهادی یک کنترل ردیاب مقاوم تطبیقی هوشمند، که در آن دامنه کنترل و شاخص انتگرال قدرمطلق خطای ردیابی مسیر بسیار کمتر از سایر روش ها است، ارائه می کند. بنابراین شناسایی موثر و حذف اثرات ناشی از نامعینی های سیستم، قابل تنظیم بودن بهره کنترل و پهنای باند فرکانس شکست و ردیابی دقیق تر، از مزیت های روش پیشنهادی است.
    کلیدواژگان: کنترل مد لغزشی، لایه مرزی، شبکه عصبی کوانتومی، پهنای باند فرکانس شکست، رگولاتور عدم قبول
  • محمد قرینی، مجید محمدی مقدم، فرزام فرهمند صفحات 311-321
    هدف از این مقاله، بررسی تاثیر پروتز مچ پنجه ویسکوالاستیک روی سیکل گیت فرد قطع عضو زیر زانو با استفاده از شبیه سازی دینامیکی راه رفتن انسان می باشد. مدلی دو بعدی و هفت سگمنتی به منظور شبیه سازی کل سیکل گیت فرد نرمال و فرد قطع عضو ارائه شده است که مجهز به مدل تقابل بین پا و زمین برای شبیه سازی کل سیکل گیت به صورت یکپارچه می باشد. در مرحله اول، شبیه سازی سیکل گیت فرد نرمال با ترکیب فرآیند بهینه سازی و روش دینامیک مستقیم انجام شده است. مرحله بعد با جایگزین کردن تولید کننده گشتاور ایده آل مچ پا با المانهای غیر فعال که نشانگر پروتز مچ-پنجه غیر فعال می باشند، به منظور شبیه سازی سیکل گیت فرد قطع زیر زانو آغاز می شود. ضرایب بهینه مفصل ها که از شبیه سازی دینامیکی سیکل گیت فرد نرمال بدست می آیند، در مفصل های سالم مدل فرد قطع عضو استفاده می شوند. با استفاده از روش بهینه سازی دینامیکی مستقیم سه نوع مختلف پروتز مچ پنجه غیر فعال بهینه طراحی و نتایج حاصل از شبیه سازی به منظور مقایسه عملکرد پروتزها به کار گرفته می شوند. نتایج نشان می دهند که استفاده از پروتز مچ پنجه ویسکوالاستیک، کار کل نرمال شده با سرعت، تابع هزینه، تلاش دینامیکی را کاهش و سرعت مدل قطع عضو را افزایش می دهد. بنابراین استفاده از پروتز مچ پنجه ویسکوالاستیک می تواند الگوی راه رفتن فرد قطع عضو زیر زانو را بهبود می بخشد.
    کلیدواژگان: پروتز مچ پنجه ویسکوالاستیک، سیکل گیت فرد قطع عضو زیر زانو، شبیه سازی دینامیکی راه رفتن، بهینه سازی
  • میر ابوالفضل مختاری، مهدی سبزه پرور صفحات 322-332
    در این تحقیق انتقال هیلبرت هوانگ به همراه تحلیل طیفی تجربی برای تحلیل و شناسایی مودهای پروازی در مانور اسپین مورد بررسی قرار می گیرد. روش های سنتی تحلیل داده ها، همگی مبتنی بر فرض خطی بودن و ایستا بودن فرآیند مورد بررسی هستند. اما در سامانه های واقعی همچون داده های پروازی مربوط به مانورهای غیر خطی، داده ها عمدتا هم غیر خطی و هم غیر ایستا هستند که این امر تحلیل داده های چنین سامانه ای را به کمک روش های یاد شده دچار دشواری می نماید. انتقال هیلبرت یک روش تحلیل داده های شبه تجربی است که بر یک بنیان تطبیقی استوار است و می تواند بیانی دارای معنی فیزیکی را از داده های یک فرآیند غیر خطی و غیر ایستا ارائه نماید. از اینرو در این مقاله روشی برای شناسایی مودهای پروازی با استفاده از داده های اندازه گیری شده در پرواز با استفاده از الگوریتم تحلیل طیفی تجربی و نیز انتقال هیلبرت ارائه می گردد. به منظور اعتبار سنجی روش نتایج ابتدا با نتایج حاصل از تحلیل کلاسیک مقایسه می گردد که نشان از عملکرد صحیح الگوریتم استخراج شده دارد. در نهایت این الگوریتم برای شناسایی خصوصیات مودهای پروازی در مانور غیر خطی اسپین اعمال می شود. نتایج نشاندهنده 5 مود پروازی شناسایی شده می باشد که مود اول مربوط به اغتشاشات وارد بر هواپیما در مانور اسپین، مود دوم مربوط به پاسخ به ورودی های کنترلی و در نهایت سه مود دیگر مربوط به مود فوگوئید و مودهای پروازی غیر استاندارد با نسبت میرایی پایین هستند که به علت کوپلینک حرکت طولی و عرضی بوجود آمده اند و توسط روشه های کلاسیک قابل شناسایی نمی باشند.
    کلیدواژگان: انتقال هیلبرت، تحلیل طیفی شبه تجربی، مودهای ذاتی، مانور اسپین، مودهای پروازی
  • فرهود کلاته، علی کوشه صفحات 333-341
    در تحقیق حاضر توربین آبی تورگو توسط روش عددی مرزهای غوطه ور شبیه سازی شده و اندرکنش جریان آب با اجزای توربین به صورت دو بعدی بررسی شده است. کد عددی تهیه شده به منظور مدلسازی اندرکنش آب و اجزای توربین با نتایج مقالات و تحقیقات معتبر موجود در این زمینه صحت سنجی شده است. به دلیل پیچیدگی مدلسازی کل توربین، مدلسازی مذکور شامل قسمتی از توربین می باشد که نتایج آن به کل توربین تعمیم داده شده است. به منظور افزایش بازده توربین تورگو، پارامترهای مختلف اجزای آن همانند تقعر پره، هد آبی توربین، دبی جت آب و تعداد پره ها تحت شرایط تعریفی مسئله بررسی شده است. مقادیر بهینه هر یک از پارامترهای موجود با توجه به بیشترین بازده توربین انتخاب شده و در نهایت طرحی بهینه از ساختار و ویژگی های اجزای توربین تورگو با در نظر گرفتن تمامی نتایج بهینه از مدلسازی ها ارائه گردیده است. نتایج تحقیق نشانگر این واقعیت می باشند که روش مرز غوطه ور با وجود روابط ساده، می تواند به عنوان یکی از روش های عددی قابل اعتماد در شبیه سازی اندرکنش بین اجزای توربین و جریان آب استفاده گردد.
    کلیدواژگان: مرز غوطه ور، توربین تورگو، اندرکنش سازه و سیال
  • حمید قدیری، حسن محمدخانی صفحات 342-352
    سیستم های کنترل در شرایط عادی، می توانند عملکرد مطلوبی ایجاد نمایند. اما در مواقعی که در سیستم عیبی ایجاد گردد، حفظ شرایط عملکردی مناسب، کاری دشوار و اغلب ضروری است. در حقیقت عدم تشخیص به موقع عیب در سیستم های حساس، منجر به صدمه دیدن مقادیر قابل توجهی از امکانات و اطلاعات می گردد. در نتیجه انگیزه فراوانی در زمینه تشخیص خرابی در مجامع علمی و صنعتی ایجاد شده است. حال اگر سیستم تحت بررسی غیرخطی باشد، تشخیص عیب با روش های خطی امکان پذیر نیست. مشکل اصلی در این حالت دقت مدل سازی پروسه است، که بر دقت تشخیص و رفع عیب موثر است. نظریه ی سیستم های فازی، یک ابزار موثر برای برخورد با شرایط پیچیده و نامطمئن است. این مقاله مساله تشخیص عیب را بر اساس مدل سازی برای سیستم های غیرخطی با استفاده از سیستم فازی نوع-2 مورد توجه قرار داده است. روش پیشنهادی جهت تشخیص عیب در تحقیق حاضر ایجاد یک محدوده مورد اطمینان با تخمین کران بالا و کران پایین برای خروجی سیستم است که با استفاده از یک سیستم فازی نوع-2 صورت می گیرد. با این شرایط با استفاده از سیستم فازی نوع-2 سیگنال مانده ای تولید می شود که وجود یا عدم وجود عیب در سیستم را مشخص می نماید. در این روش در صورت خارج شدن نمودار خروجی سیستم تحت کنترل از کران های بالا و پایینی تخمین زده شده، می توان وقوع عیب را تشخیص داد. در انتها به منظور نشان دادن قابلیت و ویژگی روش پیشنهادی، روش موردنظر روی سیستم های غیرخطی سه تانک و الکتروهیدرولیکی اعمال شده است و نتایج بسیار رضایت بخش می باشند.
    کلیدواژگان: تشخیص عیب، سیستم فازی نوع- 2، سیستم غیرخطی، سیستم سه تانک، سیستم الکتروهیدرولیکی
  • مهدی نجاتی، سعید شکراللهی، شاهرخ شمس صفحات 353-364
    برای محاسبه بارهای آیرودینامیکی ناپایا در جریان های تراکم ناپذیر و تراکم پذیر زیرصوت با استفاده از مفهوم توابع اندیسی مدل جدیدی ارائه می شود. توابع اندیسی، بیانگر بارهای آیرودینامیکی یک بالواره، ناشی از تغییر پله در زاویه حمله و نرخ پیچش می باشند. برای تعیین بارهای آیرودینامیکی درجریان تراکم ناپذیر وجود یک تابع اندیسی کفایت می نماید، درحالیکه برای توصیف آنها در جریان تراکم پذیر به چهار تابع اندیسی مستقل نیاز است. در صورت مشخص بودن توابع اندیسی می توان با استفاده از اصل جمع آثار پاسخ های این توابع و انتگرال دوهامل بارهای آیرودینامیکی ناپایای یک بالواره در حرکتی دلخواه را تعیین نمود. با هدف یکپارچه سازی روابط آیرودینامیک برای همه محدودهای جریان زیرصوت یعنی بازه ماخ صفر تا ماخ 0.8، تقریبی جدید و کارآمد از توابع اندیسی با استفاده از عبارت های تحلیلی و داده های عددی موجود ارائه می شود، که علاوه بر تابعیت پیوسته از عدد ماخ دارای شکل مناسبی برای انتقال آنها به سایر نقاط روی بالواره می باشد. با کاهش ضرایب تابع عدد ماخ از 7 به 4 در توابع اندیسی متداول، تعداد ضرایب لازم برای توصیف کامل بارهای آیرودینامیکی از 28 به 16 تقلیل می یابد. سپس، با بهره گیری از این توابع اندیسی، نمایشی نوین و مناسب مسائل آیروالاستیک از بارهای آیرودینامیکی در محدوده جریان های تراکم ناپذیر و تراکم پذیر زیرصوت توسعه داده می شود. همچنین براساس تئوری نواری و اصلاح شیب منحنی برآ، مدل آیرودینامیک مذکور برای بال سه بعدی تعمیم می یابد. به منظور اعتبار سنجی مدل آیرودینامیکی، نمودارهای توابع اندیسی توسعه یافته با نمودارهای موجود در سایر مراجع در اعداد ماخ مختلف مقایسه و مطابقت خوبی بین آنها مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: بارهای آیرودینامیکی ناپایا، جریان تراکم ناپذیر، تراکم پذیر مادون صوت، توابع آیرودینامیک اندیسی
  • مجید علی طاولی، سینا گوهری راد، اصغر زاجکانی، ابوالفضل درویزه صفحات 365-374
    در این مقاله اثر پیش عملیات اغتشاش اصطکاکی بر روند تکامل آسیب در آلومینیوم 7075-T6 با استفاده از یک مدل پدیدارشناختی آسیب وابسته به حالت تنش بررسی می گردد. قطعاتی از ورق این آلیاژ در حالت های بدون و با پیش عملیات اغتشاش اصطکاکی استخراج می گردند بگونه ای که هریک مبین یک حالت تنش در آزمایش کشش تک محوره می باشند. با استفاده از نتایج آزمایشگاهی ضرایب مادی برای مدلهای مختلف آغاز شکست ژو و هاسفورد-کلومب تعیین می گردند و سطح شکست بر حسب پارامترهای حالت تنش برای شرایط بدون و با پیش عملیات اغتشاش اصطکاکی با استفاده از هرکدام از این دو مدل بدست می آیند. به کمک این سطوح می توان کرنش شکست را در حالت های مختلف تنش و در شرایط بدون و با پیش عملیات اغتشاش اصطکاکی برای این ماده بدست آورد. یک مدل پدیدارشناختی آسیب وابسته به حالت تنش و رشد آن برای شرایط مختلف بدون و با پیش عملیات اغتشاش اصطکاکی برای ماده مذکور مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج آزمایش ها نشان دهنده افزایش کرنش پلاستیک ماده در نتیجه اثرات پیش عملیات اغتشاش اصطکاکی و مدل آسیب نشان دهنده کاهش فرآیند رشد آسیب نرم بر اثر این پیش عملیات است. با مقایسه نتایج مدل آسیب از دو مدل آغاز شکست مختلف ژو و هاسفورد-کلومب نتیجه گرفته می شود که مدل ژو نتایج بهتری را در مقایسه با مدل هاسفورد-کلومب نشان می دهد و از این مدل می توان با قابلیت اعتماد بیشتری در پیش بینی رشد آسیب در این ماده استفاده نمود و سطح شکست بدست آمده از این مدل سازگاری بهتری با نتایج آزمایشگاهی دارد.
    کلیدواژگان: آسیب نرم پدیدارشناختی، پیش عملیات مکانیکی، اغتشاش اصطکاکی، مدل ژو، مدل هاسفورد، کلمب
  • محمدحسین سورگی، کلیفورد ژسه لیسندن صفحات 375-382
    در این مقاله طراحی، ساخت و آزمایش یک تراگذار کامپوزیتی با الیاف پیزوالکتریک جهت استفاده در بازرسی سازه های ورقی در تماس با سیال، به کمک امواج لمب، مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا تحلیل دیسپرژن و ساختار موج برای انتخاب مد و فرکانس مناسب جهت بازرسی صفحه در تماس با سیال انجام شده است. مد S1 با تغییر مکان خارج از صفحه صفر در سطوح آزاد ورق فولادی با ضخامت مشخص، استخراج گشته، سپس یک تراگذار شانه ای پیزوکامپوزیتی برای تحریک این مد طراحی و ساخته شده است. پس از ساخت تراگذار، ابتدا آزمون های لازم برای اثبات عدم تاثیر پذیری موج لمب در مد و فرکانس انتخابی از وجود سیال بر روی ورق به دو روش ارسال-دریافت و ارسال-بازتاب با موفقیت انجام شده است. سپس ترک یابی در صفحه در تماس با سیال به دو روش فوق نیز صورت گرفته است و نشان داده شده است که در آزمون ارسال-دریافت با وجود ترک با ابعاد معلوم، دامنه مد S1 دریافتی در حسگر پیزوکامپوزیتی کاهش می یابد. همچنین در آزمون ارسال-بازتاب، به دلیل تداخل پاسخ رزوناسی تراگذار و امواج ناشی از موج منشتره در سیگنال دریافتی، از تبدیل موجک پیوسته به عنوان یکی از روش های پردازش سیگنال حوزه زمان-فرکانس استفاده گشته و وجود ترک در ورق با موفقیت تشخیص داده شده است. در نتیجه تراگذار ساخته شده برای عیب یابی در سازه های ورقی در تماس با سیال به کمک امواج لمب دارای کارایی مناسب می باشد.
    کلیدواژگان: امواج لمب، صفحه در تماس با سیال، تراگذار کامپوزیتی با الیاف پیزوالکتریک
  • فرید دولتی، نیما امانی فرد، حامد محدث دیلمی، خشایار یزدانی صفحات 383-393
    در این مقاله، انتقال جرم در فرآیند خشک کردن یک جسم مرطوب تحت تاثیر میدان الکتریکی در یک کانال مسطح به صورت دو بعدی مورد مطالعه عددی قرار گرفته است. برای حل معادلات میدان های الکتریکی، جریان، دما و غلظت در فاز سیال و همچنین میدان های دما و رطوبت در جسم مرطوب از روش حجم محدود استفاده شده است. شبیه سازی های عددی با استفاده از یک شبکه سازمان یافته، غیریکنواخت و چهار وجهی، با مدل آشفتگی کی- اپسیلون استاندارد انجام شده است. دمای اولیه جسم مرطوب برابر با دمای هوای ورودی می باشد. در این مطالعه، ابتدا نتایج عددی با داده های تجربی مقایسه شده که از تطابق قابل قبولی برخوردارند. سپس تاثیر عدد رینولدز، ولتاژ اعمالی و مکان الکترود تزریق کننده بر نرخ خشک کردن جسم مرطوب ارزیابی شده است. نتایج نشان می دهد که بدون اعمال میدان الکتریکی، با افزایش عدد رینولدز نرخ خشک کردن جسم مرطوب افزایش می یابد. همچنین در حضور میدان الکتریکی با ثابت ماندن عدد رینولدز، با افزایش ولتاژ اعمالی تاثیر پدیده الکتروهیدرودینامیک بر نرخ خشک کردن افزایش می یابد. علاوه بر این نتایج حاکی از آن است که با نزدیک شدن الکترود تزریق کننده به سمت لبه حمله جسم مرطوب، تبخیر رطوبت به بیشینه مقدار خود می رسد.
    کلیدواژگان: الکتروهیدرودینامیک، انتقال جرم، بررسی عددی، جسم مرطوب
  • علیرضا هادی، آزاده حسنی، خلیل عالی پور، جواد کوهسرخی صفحات 394-402
    در این مقاله طراحی و تحلیل یک مکانیزم رباتیکی برای عبور از لوله های باریک به منظور بازدید از داخل لوله ها و یا انجام عملیات خاص مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از مکانیزمی که بتواند در طول لوله های با اقطار متفاوت آزادانه حرکت کرده و تطبیق پذیری مناسبی هنگام عبور از مسیرهای پیچیده و دارای خم لوله را داشته باشد، حائز اهمیت می باشد. لذا با به کارگیری یک مکانیزم ساده بر پایه استفاده از محرک آلیاژ حافظه دار، یک میکرو ربات جهت بازرسی از مجاری باریک طراحی گردیده که ضمن انعطاف پذیری خوب، تطبیق پذیری مناسبی در هنگام عبور از مسیرهای پیچیده را دارد. در این پژوهش سینماتیک و دینامیک ربات مورد تحلیل قرار گرفته و معادلات دینامیکی حرکت استخراج و در ادامه حل گردیده است. عملکرد ربات در محیط شبیه سازی توسط نرم افزارهای ادامز و متلب صحه گذاری گردیده است. در نهایت با استفاده از یک کنترلر مناسب مقدار نیروی رانشی مناسب به همراه نیروی عمودی بین چرخ های ربات و دیواره لوله کنترل شده است. نتایج شبیه سازی، موفقیت و کارائی مکانیزم رباتیکی ارائه شده در بازرسی لوله های واقعی دارای تغییر قطر در حالت افقی، عمودی و یا شیبدار را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ربات متحرک، تطبیق پذیری، آلیاژ حافظه دار، مجاری باریک، کنترل
  • سید روح الله کاظمی، میثم شکوری صفحات 403-412
    یکی از مشکلاتی که در تحلیل ترک با روش های مرسوم وجود دارد وجود ناپیوستگی در ماده و شرایط خاص حاکم بر نوک ترک است. در سال های اخیر روشی بر مبنای مکانیک غیر محلی به نام «تئوری پری دینامیک» مطرح شده که روند تحلیل چنین سازه هایی را بهبود داده است. در این مدل، نقاطی از جسم که جابجایی یا هر کدام از مشتقات جابجایی در آنها ناپیوسته باشد، از سایر نقاط مادی متمایز نیستند. در این مقاله رشد یک ترک مورب در ورق تحت سرعت های مختلف کشش لبه ها مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل رشد ترک با استفاده از تئوری پر داینامیک مدل سازی شده و نتایج حاصل با دیگر مطالعات، اعتبارسنجی شده است. همچنی اثر تغییر زاویه ترک و سرعت اعمال بار کششی در ورق بررسی شده است. نتایج حاصل نشان دهنده این است که تئوری پری دینامیک به خوبی قادر به مدل سازی رشد ترک مورب برای سرعت های مختلف کشش لبه ها است. همچنین نحوه رشد ترک علاوه بر زاویه ترک اولیه، وابستگی بسیاری به سرعت اعمال بار دارد، بطوریکه با افزایش سرعت اعمال بار پدیده چندشاخه شدن ترک اتفاق می افتد و ماده رفتار تردتری از خود بروز می دهد.
    کلیدواژگان: تئوری پری دینامیک، رشد ترک مورب، انتشار ترک، چندشاخه شدن
  • میلاد شفیعی آشتیانی، عقیل یوسفی کما، مسعود شریعت پناهی، مجید خدیو صفحات 413-422
    هدف از این مقاله ارائه الگوریتمی برای بازیابی تعادل ربات انسان نما در حضور اغتشاشات ناشناخته شدید بر روی سطوح تماسی کوچک است. انسان با بزرگ شدن اغتشاش وارده به ترتیب از سه استراتژی مچ پا، لگن و گام برداری برای بازگرداندن تعادل خود بهره می برد. در شرایطی که اغتشاش وارده بزرگ باشد و شرایط محیطی اجازه گام برداری را ندهد، و یا زمانی که ربات بر روی سنگ و یا قطعه ای می ایستد، سطح تکیه گاهی پا کوچک می شود، انسان با بهره گیری از اثر دوران بالاتنه تعادل خود را حفظ می کند. در این راستا، روشی الهام یافته از رفتار انسان بر اساس کنترل پیش بین به منظور کنترل نقطه مهار ارائه می شود. الگوریتم پیشنهادی با بهینه سازی بلادرنگ ممنتم دورانی بالاتنه، قادر است بدون گام برداری تعادل ربات را در حضور اغتشاشات شدید و در شرایطی که چندضلعی تکیه گاهی به یک نوار نازک کاهش یافته است، حفظ کند. روش پیشنهادی با هدف کنترل نقطه مهار از گشتاور مچ پا به منظور تنظیم مکان نقطه گشتاور صفر زمانی که نقطه مهار درون چندضلعی تکیه گاهی است بهره می برد و در شرایطی که نقطه مهار بیرون از چندضلعی تکیه گاهی است از تغییر ممنتم دورانی بالاتنه به منظور تنظیم مکان نقطه لولای ممان مرکزی، به صورت بهینه بهره می برد. نتایج شبیه سازی های صورت گرفته در سناریوهای مختلف بر اساس ویژگی های ربات سورنا 3 است که شایستگی الگوریتم مورد نظر را تائید می کند.
    کلیدواژگان: ربات انسان نما، بازیابی تعادل، کنترل پیش بین مبتنی بر مدل، نقطه مهار
  • امیر راستی، سینا صباغی فرشی، محمدحسین صادقی، هادی ایمانی صفحات 423-430
    در این پژوهش، تغییرات میکروسختی لایه زیرسطحی در راهبردهای مختلف ایجاد سوراخ روی قطعه ای از جنس فولاد AISI4340 به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفت. به همین منظور، چهار روش فرزکاری مارپیچ، فرزکاری پروفایل و سوراخ کاری معمولی با و بدون پیش مته به کارگرفته شدند. طراحی آزمایش ها به روش فاکتوریل کامل صورت گرفت و دو پارامتر اصلی برش شامل؛ سرعت برشی (Vc) و نرخ پیشروی (fz) در سه سطح تغییر داده شدند. 9 آزمایش برای هر راهبرد انجام گردید و تغییرات میکروسختی لایه زیرسطحی در راستای محوری و شعاعی سوراخ در هر آزمایش بررسی شد (216 نقطه سنجش). نتایج نشان داد که فارغ از شرایط برشی، سختی در تمامی آزمایش ها بالاتر از سختی اولیه ماده است. بیشترین مقدار آن نیز در سطوح بالای پارامترهای برش روش سوراخ کاری معمولی مشاهده گردید (729 ویکرز). همچنین در تمامی راهبردها، به واسطه افزایش دمای قطعه و کارسختی با طولانی تر شدن فرایند، بیشترین مقدار سختی در دهانه خروجی سوراخ به وجود آمد. کمترین تغییرات میکروسختی میانگین نیز در فرآیند سوراخ کاری معمولی با پیش مته مشاهده شد که بیانگر برتری فرایندهای سوراخ کاری منقطع، چند مرحله ای یا همراه با پیش مته در تولید سوراخ هایی با خواص یکنواخت تر است.
    کلیدواژگان: میکروسختی، سوراخ کاری معمولی، فرزکاری مارپیچ، فرزکاری پروفایل، فولاد AISI4340
  • حسین کرمی پابندی، مجتبی موحدی، امیرحسین کوکبی صفحات 431-440
    در این پژوهش، یک فرآیند جدید جوشکاری اصطکاکی نقطه ای به نام «جوشکاری اصطکاکی نقطه ای با سوراخ رزوه دار»، برای اتصال ورق های آلومینیوم و پلی پروپیلن تقویت شده با الیاف کوتاه کربن معرفی شده است. در این روش، اتصال بر اساس پر شدن مجدد سوراخ رزوه دار بر روی ورق فلزی توسط مذاب پلیمر انجام می گیرد. مکانیزم های اتصال با استفاده از مطالعات ماکرو و میکروسکوپی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین، اثر سرعت چرخشی ابزار بر استحکام و انرژی شکست اتصال در دو آزمون کشش-برش و کشش متقاطع ارزیابی شد. نتایج نشان می دهند که سوراخ ایجاد شده به طور کامل توسط مذاب پلیمر پر می شود. تشکیل لایه ی واکنشی متشکل از عناصر Al، C و O و همچنین ایجاد قفل مکانیکی بین دیواره ی سوراخ رزوه دار و پلیمر منجمد شده در داخل سوراخ، از عوامل موثر بر استحکام اتصال هستند. بیشترین استحکام برشی اتصال حدود 80 درصد استحکام ورق کامپوزیت پلیمری بدست آمد. استحکام و انرژی شکست اتصال با افزایش سرعت چرخشی ابزار افزایش یافت که دلیل آن با مطالعه سطح شکست اتصال و تغییرات سختی پلیمر منجمد شده در داخل سوراخ مشخص گردید.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی نقطه ای، پر شدن مجدد، پلیمر، فلز، استحکام اتصال
  • سید یوسف عدل جو، محمدرضا انصاری، محسن زارعی، پیمان رستمی صفحات 441-452
    در مطالعه حاضر به بررسی الگوهای جریان دوفازی گاز-مایع درون لوله عمودی به قطر داخلی 70 mm پرداخته شده است. سیال های دوفازی مورد مطاله هوا و آب می باشند. شبیه سازی با نرم افزار متن باز اپن فوم انجام شده و از روش تک سیالی برای شبیه سازی جریان استفاده شده است، که در این روش سطح مشترک دوفاز با استفاده از مدل حجم سیال دنبال می شود. کارهای انجام شده تاکنون اکثرا به صورت آزمایشگاهی بوده و کارهای عددی انجام شده نیز بیشتر برای لوله های قطر کوچک بوده است. در شبیه سازی عددی انجام شده در کار حاضر، در ورودی سرعت فازهای گاز و مایع ثابت، در خروجی فشار ثابت و روی دیواره های لوله شرط عدم لغزش در نظر گرفته شده است. تمرکز اصلی این تحقیق، شبیه سازی الگوهای جریان مختلف، براساس تغییر سرعت ظاهری هوا و آب در ورودی لوله می باشد. همچنین نمودارهای توزیع چگالی فازها نیز بدست آمده اند، که از بررسی رفتار این نمودارها می توان نوع الگوی جریان دوفازی درون لوله را تشخیص داد. محدوده سرعت های ظاهری هوا و آب در ورودی لوله مورد بررسی به ترتیب 0.01 – 15 m/s و 0.1 – 1.5 m/s می باشد. از تحلیل نتایج؛ چهار الگوی حبابی، لخته ای، متلاطم و حلقوی و همچنین دو الگوی فرعی، شبه-حلقوی و حبابی کلاهکی بدست آمدند.
    کلیدواژگان: جریان دو فازی، لوله های عمودی، توزیع کسرحجمی، الگوهای جریان، مدل حجم سیال
  • شاپور نیکبخت، محمد افتخاری، قادر فرجی صفحات 453-461
    در سال های اخیر، روش های تغییر شکل پلاستیک شدید، به دلیل تولید مواد فوق ریزدانه و نانوساختار و ایجاد خواص مکانیکی فوق العاده، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. اعمال تغییر شکل پلاستیک شدید به فلز، باعث تغییرات ریزساختاری و ایجاد ساختار نانومتری در آن می شود. در این پژوهش بیلت های فوق ریزدانه و نانوساختار تیتانیم خالص، با استفاده از روش ترکیبی فشار در کانال زاویه دار مساوی (ایکپ) و اکستروژن در تعداد پاس های مختلف (1، 2، 4 و 6 پاس) در دمای فرآیندی C°400 برای هر دو فرآیند فشار در کانال زاویه دار مساوی و اکستروژن، تولید گردید و سپس به مطالعه ی میزان تغییر خواص مکانیکی و ریزساختاری بیلت ها پرداخته شد. مشاهده گردید خواص مکانیکی به طور چشمگیری افزایش پیدا کرد. استحکام نهایی در بهترین حالت، 941 مگاپاسکال شد درحالی که استحکام نهایی برای ماده خام 505 مگاپاسکال بود؛ به عبارت دیگر استحکام نهایی 86.3% افزایش یافت. این فرآیند ترکیبی استحکام ماده را در یک پاس، در حدود 60.8%، دوپاس 78.8%، چهارپاس 86.3% و شش پاس را 80.8% نسبت به قطعه خام، افزایش داد. دلیل کاهش نرخ افزایش استحکام در پاس های بالا، ریز شدن دانه ها و رسیدن به حد اشباع خود بود. سختی نمونه پس از فرآیند به اندازه قابل ملاحظه ای افزایش و پس از پاس های بعدی، با سرعت کمتری افزایش یافت. سختی نمونه تا حدود 216.65 ویکرز نسبت به مقدار اولیه 81.85 ویکرز افزایش یافت. درواقع این فرآیند باعث افزایش حدود 164% در سختی گردید. در پاس های بعدی مقدار افزایش سختی کم تر بود. همچنین تصاویر میکروسکوپ الکترون روبشی، حاکی از شکست ترد و وجود حفره های کم عمق در نمونه ها بود.
    کلیدواژگان: بیلت فوق ریزدانه، تغییر شکل پلاستیک شدید، فشار در کانال زاویه دار موازی، اکستروژن، خواص مکانیکی
  • امین حق بین، غلامحسین لیاقت، امیرمسعود اعرابی، محمدحسین پل صفحات 462-472
    استفاده از ذرات نانو در ساختارهای کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف، روشی است برای طراحی و ساخت کامپوزیت های چندمقیاسی با خواص مکانیکی و سازه ای ارتقا یافته. در این پژوهش، لایه نشانی الکتروفورتیک جهت ایجاد سطحی یکنواخت از نانولوله های کربن در سطح مشترک الیاف شیشه و پلیمر استفاده شده است. نخست عوامل موثر در این فرآیند نظیر غلظت محلول، مدت فرآیند و شدت میدان، بر کیفیت و کمیت لایه ایجاد شده، بصورت تجربی مطالعه شده است. پس از شناسایی حالت بهینه، نمونه های بافت شیشه تقویت شده برای ساخت نانوکامپوزیت شیشه-اپوکسی استفاده شده و جهت تعیین خواص برشی بین لایه ای آنها، مورد آزمایش استحکام تیر کوتاه و فرورفتگی شبه استاتیکی قرار گرفتند. نتایج به دست آمده نشان دهنده تاثیر چشمگیر استفاده هدفمند از نانولوله های کربن در تقویت فیزیکی و شیمیایی سطح مشترک کامپوزیتها جهت بهبود عملکرد مکانیکی آنهاست. استحکام برشی در نمونه های تقویت شده 42% نسبت به نمونه مرجع ارتقا یافت و در فرورفتگی شبه استاتیکی، نانوکامپوزیتها بیش از 10% مستحکم تر شدند. در ایجاد لایه نانولوله های کربن بر سطح الیاف شیشه، لزوما استفاده از شدت میدان قوی تر و غلظت بالاتر محلول موجب بهبود کیفیت لایه نشانی نخواهدشد. شدت میدان در غلظت های بالای نانوذرات به دلیل خروج از شرایط تعادل محدود شده و بهترین نتایج در فرآیندهای نه چندان طولانی، با چگالی شدت جریان بین 0.5 تا 1 میلی آمپر بر سانتی متر مربع به دست آمد. تاثیر افزایش شدت میدان الکتریکی بر جرم نشست در حدود 8.5 برابر مشاهده شد درحالی که این فاکتور برای افزایش غلظت 5.5 برابر بود.
    کلیدواژگان: استحکام برش بین لایه ای، لایه نشانی، نانولوله کربن، ضربه شبه استاتیکی، الکتروفورز
|
  • Amir Reza Kosari, Seyed Aliakbar Razavi, Hadi Jahanshahi Pages 1-10
    In this paper, minimum-time low-thrust planar orbit transfer problem is solved by fuzzy optimal control. Trajectory dynamic restricting assumptions and using analytical averaging method, the governing equations of orbit transfer problem in its desired form with constant acceleration magnitude is achieved. Then, using Euler discretization method, the whole differential dynamic equations, performance function and transversality conditions are represented in a discrete form. Calling membership function concept of fuzzy environment, this algorithm transfers classical optimal control including performance index and trajectory transversality conditions associated with uncertanities to fuzzy environment. Thereafter, introducing slack variables all the inequalities change to equality conditions. Applying Bellman-Zadeh approach, optimal control problem turns to parameter optimization problem which then is solved by Lagrange multipliers technique. Finally, solving the set of nonlinear algebraic equations made by optimality necessary conditions simultaneously is achieved by nonlinear programming method. Numerical fuzzy optimal control results are validated with available analytical results which show the priorities of this method in orbit transfer trajectory optimization in presence of uncertainities. FOC approach is categorized into direct methods for solving optimal control problems, while it is far from their defects e.g. curse of dimensionality and burdensome computational load so that it applies fuzzy approach and expert knowledge to simply solve the problems.
    Keywords: Planar Orbit Transfer Problem, Minimum, Time Problem, Fuzzy Optimal Control, Transversality Condition
  • Mohammad Hossein Bayati Chaleshtari, Mohammad Jafari Pages 11-22
    This paper aims at optimizing the parameters involved in stress analysis of finite isotropic plates, in order to achieve the least amount of stress around a quadrilateral cutout located in a finite isotropic plate under in- plane loading using a novel Swarm Intelligence optimization technique called Ant lion optimizer. In analysis of finite isotropic plate, the effective parameters on stress distribution around quadrilateral cutouts are cutout bluntness, cutout orientation, plate’s aspect ratio, cutout size and type of loading. In this study, with the assumption of plane stress conditions, analytical solution of Muskhelishvili’s complex variable method and conformal mapping is utilized. The plate is considered to be finite (proportion of cutout side to the longest plate side should be more than 0.2), isotropic and linearly elastic. To calculate the stress function of a finite plate with a quadrilateral cutout, the stress functions in finite plate are determined by superposition of the stress function in infinite plate containing a quadrilateral cutout with stress function in finite plate without any cutout. Using least square boundary collocation method and applying appropriate boundary conditions, unknown coefficients of stress function are obtained. Moreover, the finite element method has been used to check the accuracy of results. The obtained results show that the mentioned parameters have a significant effect on stress distribution around a quadrilateral cutout and that the structure’s load- bearing capacity can be increased by proper selection of these parameters.
    Keywords: Finite metallic plates, Quadrilateral cutout, Analytical solution, Complex variable method, Ant lion optimizer
  • Javad Khodaei Mehr, Amin Khakpour Komar Sofla, Omid Ahmadi Khiyavi, Mohammad Ali Hamed, Sima Baheri Islami Pages 23-30
    In the present work, the transient behavior of a single spool turbojet engine as a function of fuel flow rate is investigated, using fourth order nonlinear dynamic model based on the airplane longitudinal dynamics, compressor and turbine dynamics and dynamics of rotor. Taking into account the thermodynamic variables in all five components of the engine and representing desired parameters as function of time are contributions of the paper. Moreover, we use inter-component volume method in our study which results in more accurate simulations. In this method, by adding the pressure and temperature fluctuations, caused by saved mass, a more precise model is obtained. Taking advantage of this method and using the governing thermodynamic and Gas dynamic equations, the governing dynamic equations of engine are obtained. By solving the equations in MATLAB software, the influence of the fuel flow rate on the output variables is studied. It should be mentioned that fly considered horizontal and in specific height of 2500 (m) at all of the simulation period. Engine thrust is specifically considered as the desired modeling parameter. In addition, the variation in airplane velocity, as an important parameter in the internal fuel flow rate, is added to the simulations, resulting in more accuracy. Studying the dynamic behavior of the engine thrust is a pre-requisite to the design of appropriate controllers that is the next step of this research.
    Keywords: Turbojet Engine, Transient Behavior, Inter, component Volume Method, Fluctuation in Fuel Flow, Thrust
  • Majid Kamvar, Majid Ghassemi Pages 31-38
    In this study, performance of a coplanar single chamber solid oxide fuel cell with oxygen-methane-nitrogen under steady state conditions is investigated. The cell geometry is considered two dimensional and the computational domain is consists of gas chamber, anode electrode, cathode electrode and electrolyte. Oxygen-methane-nitrogen mixture is fed to the cell with initial mass fraction of 0.07, 0.14 and 0.77 respectively. All physical properties are considered as temperature dependent. The fully coupled nonlinear governing equations including mass, momentum, species and charge conservation equations are formulated in commercial software and solved using finite elements method. To show the model accuracy, the current model results are compared with a similar numerical model. Finally, the cell performance analysis including velocity, temperature and concentration of all species is discussed. The results show that the maximum temperature is occurred at anode side. This is due to methane oxidation reaction which is extremely exothermic. This temperature growth is an advantage for the cell to be able to reduce its working temperature. Furthermore, it is shown that a large amount of hydrogen leaves the chamber without any use. This is the main reason of low performance occurred in this type of cell.
    Keywords: Solid oxide fuel cell, Single chamber, Methane, Finite element method
  • Yaser Khorsandi, Mohammad Reza Khanzadeh Ghareh Shiran, Abbas Saadat Pages 39-46
    The aim of this study was to investigate the influence of stand-off distance and the explosive ratio parameters on metallurgical and mechanical properties of three-layers explosively bonded copper-aluminum-copper interface. To illustrate effects of these two parameters, samples welded with different stand-off distances and explosive ratios. Optical microscopy, scanning electron microscopy, microhardness and tensile-shear strength tests carried out on the samples. The results indicate a suitable joint with proper metallurgical and mechanical properties in copper-aluminum-copper plates. Microscopic images showed the semi unsymmetrical wavy interface with cracks and voids, also by increasing the explosive ratio, locally melted zones was increased at the interfaces. Elemental analysis confirmed the brittle intermetallic compounds at the interface that produce cracks in these areas. Also, the wavelength increased with increasing explosive ratio. Hardness increased near the interfaces due to the severe plastic deformation and increased with increasing the explosive ratio. Tensile-shear test results showed the decrease in bond strength caused by increasing the explosive ratio.
    Keywords: Explosive welding, Explosive ratio, Stand, off distance, Tensile, shear strength
  • Abbas Heydari, Abdolrahim Jalali Pages 47-55
    In current work for the first time, buckling analysis of bidirectional functionally graded (BFG) Euler beam having arbitrary thickness variation rested on Hetenyi elastic foundation is presented. Moreover, a new scheme based on calculus of variations and collocation method for converting the buckling problem to an algebraic system of equations is proposed. The mentioned scheme leads to obtain the buckling characteristic equation of beam and therefore the first buckling loads are obtained. Various conditions including variation of mechanical properties across the thickness and through the axis, arbitrary thickness variation, Hetenyi elastic foundation, special boundary conditions like the shear hinge and classical boundary conditions like the clamped, simply supported, clamped-simply supported and cantilever beams are considered to show the compatibility of proposed scheme with the various circumstances. The fast convergence and compatibility with the various circumstances are the advantages of the proposed technique. Due to lack of similar studies in the literature, the same exercises are conducted by using the Spectral Ritz method for pursuing the validity of the proposed scheme. The same basis is used for Spectral Ritz and proposed methods. There is an excellent agreement between the results of well-known Spectral Ritz method and the results of proposed scheme, which validates the outcomes of proposed technique.
    Keywords: Buckling Analysis, Tapered BFG beam, Spectral methods, Calculus of variations, Hetenyi elastic foundation
  • Mohammad Bagher Nazari, Hamid Rajaei Pages 56-66
    In this paper, the extended Finite Element Method (XFEM) is implemented to compute the Stress Intensity Factors (SIFs) for rectangular media subjected to a hygrothermal loading. In governing hygrothermoelasticity equations, the cross coupled of temperature and moisture fields and temperature-dependent diffusion in some cases are considered. Furthermore, an interaction integral for hygrothermal loading is developed to compute the stress intensity factors. The non uniform mesh of isoparametric eight-nod rectangular element is used in XFEM to decrease the absolute error in SIFs computations. In order to numerical results validation, the SIF of mode I is obtained analytically. The coupled governing equations are firstly decoupled in terms of new variables and then solved by the separation of variable method. According to the results, the moisture concentration gradient has a significant effect on the SIFs so should be considered in the model. Up to reaching temperature to its steady state, the cross coupled of temperature and moisture synchronies their time variation which affects on the time variation of SIF. At early time of thermal shock, the SIF for shorter cracks is not necessarily lesser than the longer ones. Also, the mode I SIF for longer and inclined cracks is smaller. On the other hand, considering the moisture concentration as a temperature function increases the time required to reach the moisture steady state.
    Keywords: Extended Finite Element Method (XFEM), Interaction Integral, Stress Intensity Factors (SIFs), Hygrothermal Loading
  • Abbas Ebrahimi, Mohammad Zandsalimy Pages 67-74
    Nowadays one of the main challenges facing fluid dynamics simulations is the long duration of numerical calculations. Mathematical operations in numerical solution of differential equations using traditional hardware such as CPU, are done in a series of orderly calculations and therefore take a lot of time to complete. A new solution procedure for numerical calculations is presented using FPGA (Field Programmable Gate Arrays) hardware, which will enable parallel processing inside the hardware. The main goal of this research is to use FPGAs instead of CPUs for numerical solution of the Laplace equation and therefore to accelerate its solution. FPGA is an integrated circuit containing a number of logic blocks. The architecture of this hardware can be reprogrammed and configured after manufacturing. So, it's possible to design and implement complex circuits for various applications using an FPGA. In the present research, first, the ability of FPGAs in mathematical operations on floating point numbers is studied. Then, the Laplace problem is implemented and solved numerically on a specific FPGA hardware using different mesh size and numerical methods. The time duration and precision results of the calculations are compared to the results from a CPU. The calculation procedure on the FPGA is up to twenty times faster than a conventional CPU, with the same data precision. Several numerical and analytical solutions are used to validate the results.
    Keywords: FPGA, CFD, Reconfigurable Hardware, Hardware Definition Language, Accelerating Numerical Solutions
  • Abbas Dashtimanesh, Arman Esfandiari, Fatemeh Roshan, Alireza Kazemipour, Arsham Safarinezhad Pages 75-85
    Development of wave energy convertors (WEC) is one of the main challenges that naval architectures have encountered, recently. One of the most important approaches before construction of WECs is the evaluation of their conceptual models in computational fluid dynamics (CFD) software. Therefore, in the current article, an innovative model of wave energy convertor is presented and hydrodynamic performance of proposed model in Persian Gulf has been examined. For accurate simulation of dynamics of WEC, mesh morphing technique is utilized. Since the presented WEC is an innovative design and there is no experimental result for validation purpose, it is tried to verify the numerical setup using similar experimental problems which have the various characteristics of the considered problem. Then, several different geometries including flat and foil pedals, and big and small semi-spherical pedals as a part of WEC have been analyzed, numerically. Small semi-spherical pedal has been determined as the best possible geometry. Number of pedals has been another parameter which has been studied and eight pedals model has been recognized as optimum choice. Finally, optimum WEC has been simulated in nine different waves and the results have been presented.
    Keywords: Rotating wave energy converter, Numerical Simulation, Mesh morphing, Regular waves
  • Shahrooz Motaghian, Hadi Pasdarshahri Pages 86-94
    In fire community, predicting large scale fire behavior is the main target of researches. Flame spread from one area to another is one of the most important fire behaviors which may lead to destruction of buildings, jungles and etc. Therefore, in recent years, flame spread of solid is attracting many attentions and many studies focused on these phenomena. Pyrolysis modeling is one of main aspects in flame spread simulations via computational fluid dynamics (CFD) method. A 1D pyrolysis model has been developed based on OpenFOAM, an open source toolbox in order to enhance FireFOAM solver potential to simulate flame spread on solid materials. The prediction of developed pyrolysis model has been compared with empirical data for surface temperature and mass loss rate of PMMA. Uncertainties in experimental measurements caused for input parameters not to be unique, thus, a particular set of model input parameters have to be determined to reach an acceptable agreement between pyrolysis model and experimental results. Using optimization method is very common in that matter. The non-linear nature of problem and input parameters being numerous would make optimization calculation expensive. In this article, the effects of input parameters (as PMMA properties) have been investigated to firstly, to observe the effects of material properties on pyrolysis process. In the other hand, the most influential properties are introduced in order to reduce computational costs in optimization process by optimizing only these properties.
    Keywords: Fire, CFD, Pyrolysis, Flame Spread, PMMA
  • Sepideh Sarmast, Amirhossein Shamekhi, Masoud Zia Basharhagh, Amirhossein Parivar Pages 95-105
    Fuel consumption, emissions and output power are some of the very important factors for automotive engine design. Since the combustion efficiency depends on the quality of the air-fuel mixture and mixture quality depends on the fuel injection parameters, the investigation of spray features is an overall goal in direct injection engines. In this paper, simulation of GDI spray is carried out in a constant volume chamber contains nitrogen in four different injection pressure using the AVL Fire software. The results are validated against the Istituto Motori-CNR experimental data. The log-normal probability distribution as an initial droplet diameter and Huh-Gosman model as secondary breakup were used. Then the combustion of EF7 Engine with direct injection was studied and wall film thickness was compared at different injection pressures and injector angles. Also, the effects of wall temperature and single-stage and two-stage fuel injection with different ratios of injected fuel mass were evaluated on the wall film. Since the fuel can be injected into the combustion chamber in both intake and compression stroke according to engine operating conditions in gasoline direct injection engines, the simulation was done for open cycle engine.
    Keywords: Gasoline Direct Injection Engine, Injector Angle, Spray, Tow, Stage Fuel Injection, Wall Film Thickness
  • Sadegh Zafariyan, Seyed Masoud Hosseini Sarvari, Seyed Hossein Mansouri Pages 106-116
    Some solutions are presented to show the ability of the spectral line-based weighted sum of gray gases approach to solve the radiative transfer equation in absorbing-emitting non-gray media. The medium contains heat sources and is atradiative equilibrium state which occurs in high temperature systems. The non-gray gaseous medium is divided into a number of gray gases, and the radiative transfer equation is solved for each gray gas by the discrete ordinate method. The intensities are found by a summation over all gray gases, and the temperature field is updated by an iterative procedure. The updated coefficients obtained from high-temperature molecular spectroscopic database (2010thedition) are employed in the spectral line-based weighted sum of gray gases model. The method is verified through comparison with a benchmark problem for the case of a specified temperature distribution, and also for thecase of a variable temperature distribution (radiative equilibrium). Several examples are taken into account to show the ability and performance of proposed procedure for the radiative equilibrium calculations in media with heat sources and different boundary conditions (constant temperature and insulated walls).
    Keywords: Radiation, Non, Gray Medium, Radiative Equilibrium, Heat Sources
  • Ali Mousavi Mohammadi, Alireza Akbarzadeh Tootoonchi, Iman Kardan Pages 117-128
    This paper investigates mapping of stiffness, damping and mass matrices for joint and Cartesian space in robot impedance control. The stiffness mapping is studied more than others for serial and parallel robots by lots of researchers. But all the mapping methods are considered for small displacement or static problems. In fact there is no formulation for large displacement or dynamic problems. So in the presented paper, impedance mapping is studied by considering old methods against new one. The new proposed method is called Large Displacement Mapping Method. Two main methods are presented in researchers’ works and are studied beside the new proposed one in this paper. A test is designed and simulated by Simulink/MATLAB in order to analyze different methods clearly. Then the proposed test is applied on a SCARA robot practically. According to simulation and experimental results, only the proposed method can map the stiffness, damping and mass matrices in large displacement case. The results show, as robot is getting away from the initial position, more deviation is happened. Considering impedance control mapping results, two main differences are seen in stiffness and damping matrices while mass matrix mapping result is the same in all three methods.
    Keywords: Impedance control, Impedance Mapping, Joint space, Cartesian Space
  • Ali Khoram, Abed Jafari, Mahmoud Moradi Pages 129-135
    In this paper, laser brazing of austenitic stainless steel (type 321) and martensitic stainless steel (type 410) was performed using 400W pulsed Nd:YAG laser with nickel-based filler metal (BNi-2). Laser brazing process was carried out at different gap distances. Microstructure and composition analysis of the filler metal and the brazed joints were examined by optical Microscopy (OM) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Mechanical properties of the brazed joints were measured in the form of Micro hardness and tensile test. Results show that filler metal shows good wetting and spreading on 321 and 410 stainless steel in laser brazing process. Filler metal consists of nickel solid solution, nickel-rich boride and chromium-rich boride. The laser brazed joints are mainly comprised of the nickel solid solution, nickel-rich boride in the center of the joints and chromium-rich boride in near interface with substrates. The average micro hardness for filler metal was 550 HV compared to 500 HV for laser brazed joints. The tensile strength of laser brazed joints is varied from 200 to 500 MPa because of different gap distances.
    Keywords: Laser brazing, 321 stainless steel, 410 stainless steel, BNi, 2 filler metal, pulsed Nd:YAG laser
  • Hassan Sayyaadi, Hossein Rostami Najafabadi, Mohammad Amin Askari Farsangi Pages 136-144
    In this paper, a thermodynamic based constitutive model used to model the behavior of magnetic shape memory alloy (MSMA) during applying strain in an energy harvester. In this type of energy harvester, applying strain changes the internal magnetization of MSMA and as a result changes the flux density around it. Using a coil the flux change can be converted to voltage. In order to study the effect of changing MSMA dimensions on the amount of harvested energy, the demagnetization factor for different dimensions derived from an analytic expression for ferromagnetic prisms and the results are validated by reference data. Increasing MSMA thickness results in increasing longitudinal demagnetization factor and decreasing transversal demagnetization factor. The constitutive model of MSMA is used in modeling an energy harvester using two different configurations; one a pickup coil turned around MSMA and second a system with ferromagnetic core to conduct magnetic flux and the pickup coil around core. Simulation of two models at different thicknesses shows that increasing thickness in system with coil around MSMA results in linear increase of voltage while this parameter in second configuration leads to a nonlinear increase of voltage. Furthermore, simulations show that increase of MSMA width, results in linear increase of output voltage in both configurations but with steepest rate for system with ferromagnetic core. Finally, increasing the length of MSMA specimen shows no changes in voltage for the system with coil around MSMA, while linear increase in voltage for the system with core is recorded.
    Keywords: Magnetic shape memory alloy, Energy harvesting, Demagnetization factor, Magnetic circuit
  • Mojtaba Nabipour, Amir Hossein Behravesh, Behnam Akhoundi Pages 145-150
    This paper presents an experimental study on the effects of printing parameters on the tensile strength of the polymer-metal composites printed via Fused Deposition Modeling (FDM) technique .In the recent years, 3D printer systems have been widely employed in various industries. FDM is one of the most widely used 3D printer systems worldwide due to its simplicity and lower cost. Although extensive research works have been carried out in the area of 3D printing, less efforts have been reported in developing new materials and their use in FDM process. The materials utilized in this study consisted of Cu particles in ABS polymeric matrix with a constant 25 wt.% of metal powder. The filament production line was implemented to accustom with the manufacturing process. The printing variables were selected as nozzle (orifice) diameter, layer height, fill pattern and nozzle temperature that were examined in three levels. Taguchi method was employed to find the optimal FDM process parameters. The main effect, signal-to- noise ratio and analysis of variance were employed to analyze the process parameters in order to achieve optimum tensile strength of the composite material specimens. Finally, the specimens were produce at the optimized parameters to confirm the tests and method.
    Keywords: 3D printer, FDM Process, Polymer, Metal Composites, Print Parameters
  • Mohsen Bakhtiari Shahri, Hamid Moeenfard, Majid Moavenian Pages 151-160
    Circular micro-plates are used in microelectromechanical systems (MEMS) such as micro-pumps and ultrasonic transducers due to their special geometry. One of the most important problems with electrostatic micro-actuators is pull-in instability which prevents large displacements. Stabilization in beyond pull-in displacements can be attained using an appropriate controller. This paper presents a position control problem for an electrostatic micro-actuator consisting two circular clamped micro-plates to enhance the stroke and speed up the input commands. To consider the modeling error and geometric uncertainties, a fuzzy controller is applied. First, the equation of the plates vibration is derived using Lagrange equation with single mode assumption. Fuzzy rule-base is constructed according to static and dynamic simulations. Genetic algorithm is utilized for finding the optimum parameters of the controller to accelerate accomplishing the commands. Finally, the maximum voltage of the plates is fitted with a function using the optimization results for full range gap commands. The performance of the fuzzy controller along with this function is depicted applying step, multiple step and chirp commands. The obtained results show that the objective has been met well.
    Keywords: Double Circular Micro, plates, Beyond Pull, in Stabilization, Fuzzy Control, optimization, Electrostatic Actuator
  • Amirreza Shahani, Hamid Shooshtar Pages 161-172
    Unlike metals for which the fracture characterization methods have been standardized in the context of linear elastic and elastic plastic fracture mechanics theories, for polymeric materials the linear and especially nonlinear theories of viscoelastic fracture mechanics has not been completely developed due to complexities regarding the viscoelastic nature of these materials. For rubbers, even the rate independent theories based on nonlinear finite elasticity have not been widely used. In practice, most researchers make use of the same methods as applied for metals to rubbers. In this paper, the common methods of fracture characterization of rubbers based on J integral and the different challenges regarding them are reviewed. Specificly, the energy dissipation effects in regions far from the crack tip and the correction methods proposed to compensate for these effects are discussed. Performing fracture toughness tests on SENT specimens of a rubbery material based on polybutadiene, it is shown that the well-known multiple specimen method for determination of Jc has a strong sensitivity to experimental errors that exhibits itself as initial crack length dependence of Jc values and is just usefull when testing numerous specimens and removing the experimental errors. On the other hand, the locus method of dissipation correction, gives a single reliable Jc value using a fewer number of specimens and with a considerably lower sensitivity to the experimental errors. Also, using this method the specimen length dependence of Jc values reported in the literature is removed, and hence, it is possible to obtain a dimension independent Jc value.
    Keywords: Rubber, Ductile fracture toughness, J integral, Multiple specimen method, Locus method
  • Nima Janatian Ghadikolae, Ali Kamali Eigoli, Hamid Naderan Tahan Pages 173-184
    In this paper dynamic model analysis, position control and locomotion generation of a 2-link robotic fish has been presented. For this purpose, the dynamic model of a 2-link robotic fish based on Lighthill hydrodynamic theory is employed. The effect of system inputs on robot linear velocity, radius curvature of path and hydrodynamic efficiency is investigated with a large amount of simulations. A position controller is designed to generate path by the point to point method. By defining target point and angle and distance errors, control design strategy is proposed to limit the angle error to the neighborhood of zero. It is shown that bounding angle error in a ten degree neighborhood of zero, makes the distance error tend to zero. Despite former methods in which, driving both angle and distance errors to zero simultaneously result in huge control effort, the proposed control strategy in addition to improve performance by spending less control effort, make the controller structure simpler and no need to velocity feedback. Finally by using the results of model analysis, it is shown that using minimum amplitude for the 2-link robot drives the average hydrodynamic efficiency of path close enough to its optimum value.
    Keywords: Robotic Fish, Locomotion Generation, Lighthill Hydrodynamics, Position Control
  • Hadi Etemadi, Mohammad Fathalilou, Rasool Shabani, Ghader Rezazadeh Pages 185-192
    In this paper, the fluid- solid interaction in an electrostatic microbeam by using three- dimensional aerodynamic theory has been studied. Modified couple stress theory is used to model the elasticity depends on the size of the microbeam. The proposed model can be used as a mass micro- sensor. To analyze the dynamic behavior of the microbeam a DC voltage applied to the system and then by applying an AC voltage dynamic characteristics of the system around static deformed condition is analyzed. Because of non-linear nature of the governing equations to solve them reduced order model based on Galerkin is used. Results have shown that considering the couple stress and also increase the size of the length characteristic parameter reduces the size of the fluid pressure differential created between the two sides of the microbeam. However, according to the three- dimensional aerodynamic theory for fluid-solid interaction, change of the pressure difference created does not lead to creation difference in predicting the size of the added mass between the classical and modified couple stress theories. In another part of the results has been shown that the presence of added mass to what extent can makes changes in the frequency response curves drawn for the system. Also applied the couple stress theory and increase the size of the length characteristic parameter makes the system more rigid and consequently reduce the amplitude of the vibration and frequency response curves shift to the right.
    Keywords: Modified couple stress, Added mass, Natural frequencies, Fluid, solid interaction
  • Nozar Akbari Pages 193-202
    Inlet distortion that may be occurred for various reasons at the entrance of a gas turbine, it is caused to disturbed in compressor performance conditions and also all engine components, so it is very important to investigate its controlling methods. The aim of this paper is numerical simulation of inlet distortion in an axial compressor rotor and active control of the instabilities by the air injection at the blade tip region. Flow simulation of inlet distortion is accomplished at compressor entry with five different geometries of circumferential blockage (amounts of circumferential blockage are: 5%, 10%, 15%, 20% and 25% of the compressor inlet duct). For active control of instabilities, 12 injectors have been mounted upstream of the rotor blade row that distributed in circumferential directions symmetrically. The injection mass flow rate does not exceed 2% of the compressor main flow rate at the design point. ANSYS CFX was used for simulation and the turbulence model of k-ω SST has been used through the calculations. The results show that increasing inlet distortion cause to decrease performance and rotor efficiency. Furthermore, for this rotor modeling condition, in 5% and 10% blockage, air injection can improve the rotor performance, but for more than 10% blockage, a strong wake region is formed after the distortion screen and air injection can cause negative effects on rotor performance. Because the strong instabilities can adversely affect the injectors flow and this method instead of modifying the flow field, make it more non uniform than before.
    Keywords: Inlet distortion, Active stall control, Tip injection, Axial compressor
  • Ebrahim Panahpoori, Ali Parvizi Pages 203-209
    Different applications of thin-walled tube drawing process especially in case of manufacturing the medical apparatuses has caused that different aspects of this process have been investigated by many researchers. In this paper, considering the shear stress as well as the linear variation of normal stress in elements located in the deforming zone, an analytical solution based on the slab method is presented for tube drawing process with a fixed plug. The pressure on the die surface is assumed to be different from that one on the plug surface. Moreover, taking into account a thin-walled pipe, the plain strain condition is applied to the process. In order to verify the accuracy of analytical solution, the process is wholly simulated using ABAQUS/Explicit software. The results show that the drawing stress can be decreased through increasing the die angle or decreasing the plug angle. Moreover, the drawing stress decreases from inner surface of the wall toward the outer surface. In addition, the pressure on die-tube interface is more than that one on the plug-tube interface while the difference of these pressures be increased for greater die angle. The present closed form solution can be utilized as an efficient tool in the related industries to calculate the required tension stress in tube drawing process.
    Keywords: Tube drawing, Slab method, Plane strain, FEM, Linear stress distribution
  • Emad Hasrati, Reza Ansari Pages 210-220
    Conical shells are widely used in various engineering applications such as mechanical, civil and aerospace engineering. In the present paper, based on the first order shear deformation theory (FSDT) of shells, the nonlinear vibration behavior of truncated conical shells with different boundary conditions is investigated using a numerical approach. To this end, the governing equations of motion and corresponding boundary conditions are derived by the use of Hamilton's principle. After catching the dimensionless form of equations, the generalized differential quadrature (GDQ) method is employed to obtain a discretized set of nonlinear governing equations. Thereafter, a Galerkin-based scheme is applied to achieve a time-varying set of ordinary differential equations and a method called periodic grid discretization is used to discretize the equations on the time domain. The pseudo arc-length continuation method is finally applied to obtain the frequency-amplitude response of conical shells. Selected numerical results are presented to examine the effects of different parameters such as thickness-to-radius ratio, small-to-large edge radius ratio, semi-vertex angle of cone, circumferential wave number and boundary conditions. It is concluded that the changes of the vibrational mode shapes and circumferential wave number have significant effects on the nonlinear vibration characteristics and hardening effects.
    Keywords: Nonlinear vibrations, Conical shells, Generalized Differential quadrature method, numerical approach
  • Mohammad Hosseini, Farid Lotfi Asadi Pages 221-228
    In this article the vibration analysis of a viscoelastic cantilever beam with piezoelectric layers under aeroelastic force and base excitation is investigated. The beam viscoelastic material is assumed to obey the Kelvin-Voight model. Also the piezoelectric layers are located at the top and bottom beam surfaces with series connections. The aeroelastic force based on piston theory is considered to act as an external force on the beam and also the base excitation is assumed to be random. In this research the cantilever beam with two piezoelectric layers are considered as a mechanism to harvest the bending vibration energy. First, the Galerkin method is used to convert the governing partial differential equation into a set of ordinary differential equations. Then the resulted nonlinear ordinary differential equation coupled with electrical circuit equation of piezoelectric layer are solved numerically by Rung-Kutta method. Finally, by analyzing the response of the governing equations, the influence of the system parameters on the vibration behavior of beam and output voltage are discussed. Results show that the increase of fluid velocity increases vibrational energy system which leads to increase of both vibration amplitude and output voltage. In addition, it was shown that structural damping has a significant impact on the output voltage.
    Keywords: Cantilever beam, Piezoelectric layer, Aeroelastic force, Base excitation, Energy harvesting
  • Hadiseh Nasiri, Hamid Ghadiri, Mohammad Reza Jahed Motlagh Pages 229-240
    In this paper a controller has been presented based on the predictive control to drive and control the bipedal Nao robot. One of the challenges in the practical applying of these types of controllers is their high computational loading and the time-consuming control operations in each time step, in which it is suggested to use Laguerre Functions to reduce the computational loading of the predictive controller. In this study, at first using the conventional methods for the identification, and via the real data obtained from the Nao robot in Mechatronics research center of Qazvin Azad University, a proper model is proposed for walking the Nao robot which is considered as a two-dimensional motion in the plane. Then a controller will be designed to control the robot motion using the model based predictive controller. The purpose of this control approach in the first place is to stabilize the walking of the robot and then to guide and keep it on the desired trajectory, so that this trajectory tracking can be performed well as much as possible. Moreover, in order to evaluate the efficiency of the proposed controller, this controller has been compared with a proportional-integral-derivative controller and will be studied. The simulation results show the effectiveness of the proposed controller performance in the robot trajectory tracking, which finally comparing the obtained results from both of the control approaches, indicates the efficiency and different capabilities of the proposed method in this study.
    Keywords: Nao Humanoid Robot, system identification, Model based Predictive Control, trajectory tracking
  • Fathollah Taheri, Behrooz, Mohsen Mansouri Nik Pages 241-252
    In this paper, flexural behavior of composite sandwich beams under four point bending loading has been studied experimentally and numerically. The skins and the core of the sandwich composite beam have been made of woven glass/epoxy composites and polyvinylchloride foam with 70 kg/m3 density, respectively. The experiments were performed on the beams with different lengths and two different types of layup sequence for the skins as 0/90 and ±45. Failure was initiated in the beams due to indentation of the foam and extended to the face sheet failure under the loading roller. Numerical simulation of the sandwich beam has been performed using ABAQUS commercial software to verify experimental results. During the numerical simulations, the nonlinear material models were employed for shear stress-strain behavior modeling of the foam and the face sheets. In addition, due to the large deformation during bending test geometrical nonlinearity assumption was used in FE analysis. Failure initiation was predicted in the face sheets using modified Hashin criteria. Nonlinear stress analysis and failure predictions in the face sheets and the foam were conducted using USDFLD subroutine in ABAQUS software. Also crushable foam model was employed to simulate the plastic behavior of the foam core. The load-displacement curves and failure mechanisms predicted by the numerical simulations illustrated good correlation with the experimental data.
    Keywords: Sandwich composite beam, Flexural bending, Indentation, Numerical modeling
  • Mehdi Raghebi, Fariborz Fatehi Sichani, Saeed Rahnama Pages 253-262
    Bimetallic Copper clad aluminum according to standard ASTM B566 can be used in telecommunication networks and signal transmission. The quality of this product in terms of bonded layer’s, in reference standard is important. The interlayer pressure affected during the drawing process on the quality of bonded layer’s. Sample of Bimetallic wire in 9.5 mm diameters was produced by Copper clad with thickness of 0.45 mm. Bimetal wire formed by wire drawing process with 6.2% reduction in area. In this study the effect of tow parameters of wire drawing process: semi die angle and reduction of area on interlayer pressure using ANSYS 17 for simulation is examined. .By comparing the force-displacement curve in experimental and modeling works, simulation accuracy was good. During the investigation it was found always with reduce reduction of area, percent of the maximum interlayer pressure depend on semi die angle. So that by increases of reduction in area for 5 degrees semi die angle, interlayer pressure does not change. But, for 45 degrees semi die angle the worst effect of reduction in area changes in interlayer pressure is sudden. The pressure changes with increased the semi die angle, depends on the reduction of area. So that the maximum interlayer pressure in 6.2% reduction in area is decreased with increases of semi die angle between 5 to 45 degrees; But, the interlayer pressure in 20% reduction in area, increases with increasing the semi die angle.
    Keywords: Bimetallic Copper clad Aluminum, Wire drawing, Interlayer pressure, FEM, Ansys
  • Abbas Afshari, Aliakbar Dehghan, Vali Kalantar, Mohammad Farmani Pages 263-272
    Surface pressure fluctuations beneath turbulent boundary layer on a flat plate have complex physical behavior and due to its importance in acoustic noise generation, extensive studies have been devoted to predicting or measuring the surface pressure behavior. In the present study to investigate the surface pressure fluctuations under zero pressure gradient, a flat plate with a chord length of 580 mm has been used. All experiments were carried out in a subsonic wind tunnel and at three free-stream velocities: 10, 15 and 20 m/s. In order to measure unsteady pressure fluctuations, a condenser microphone is used as a pressure transducer. Moreover, various parameters of turbulent boundary layer are measured to provide the input variables of semi-empirical models. A single constant temperature hot-wire anemometer has been used for boundary layer measurement. Surface pressure spectra has been measured at various velocities and their collapse on a single curve by normalizing with different variables of turbulence boundary layer is studied. The results show that the best collapses in low and middle frequencies can be obtained by using mixed variables. However, in high frequency range the pressure spectra collapses when it is normalized by inner layer scales. Finally, after ensuring the accuracy of surface pressure spectra results, the efficiency of semi-empirical models for predicting turbulent boundary layer wall pressure spectra is evaluated. The results show the effectiveness of the Goody’s semi-empirical model for prediction of surface pressure spectra by using turbulent boundary layer parameters.
    Keywords: Surface pressure fluctuations, Turbulent boundary layer, Pressure spectra, Semi, empirical models
  • Behnam Yazdankhoo, Borhan Beigzadeh Pages 273-283
    Transparency is an evaluation criterion for teleoperation systems based on force and position error. Generally, conventional control architectures do not lead to a high transparency to preserve the stability. A novel method is the model-mediated teleoperation approach which estimates the environment impedance on slave site and transmits it to master, where the force is calculated locally by creating a virtual environment. This procedure increases the transparency without degrading stability and with time delays in system. Correctly locating the virtual environment has a significant effect on improving the transparency of the system; however, the proposed methods for this aim either require simplifying environment model or adversely affect the transparency. In this paper a novel, yet very simple, algorithm is presented for determining the location of the virtual environment and collision time. The main feature of this algorithm is that firstly it is independent of environment model and thus is applicable to all environments, and secondly it increases the transparency of the system without using additional sensors. The proposed approach is implemented on a single-degree-of-freedom bilateral teleoperation system with time delay. For estimating environment impedance, novel accurate and robust methods are utilized. Impedance and sliding-mode controllers are used for controlling the master and slave, respectively, and the performance of the system is investigated in interaction with hard and soft environments. Simulation results indicate that the transparency of the system is suitably high in interaction with both environments; however, model jump occurs merely at the first moment of contact with the hard environment.
    Keywords: Bilateral teleoperation, Transparency, Model, mediated approach, Virtual environment, Sliding, mode controller
  • Mostafa Pirmoradian, Hossein Karimpour Pages 284-292
    In this paper, dynamic stability of a simply supported beam excited by a sequence of moving masses is investigated by preserving nonlinear terms in the analysis. This type of loading is important in problems such as motion of vehicles on bridges, high-speed transportation on rails, machining processes, conveying pipelines and barrel dynamics, so its investigation is important from practical viewpoint. The intermittent loading across the beam results in a periodic time-varying equation system. The effects of convective mass acceleration beside large deformation beam theory are both taken into account in the derivation of governing equations which is performed through adopting Hamilton's principle for mass-varying systems. In order to deal with the coupling between longitudinal and transversal deflections, the inextensibility assumption is implicitly introduced into the Hamiltonian formulation and an appropriate interpretation is presented to maintain this approximation reasonable. The method of multiple scales is implemented to find the domains of stability and instability of the problem in a parameter space. The results of applying the method forecast a qualitative change in beam behavior due to nonlinear terms. Results of different numerical simulations show the validity of the analytical approach obtained by the applied perturbation method.
    Keywords: Beam, moving mass interaction, Extended Hamilton's principle, Method of multiple scales, Parametric resonance, Jump phenomenon
  • Asghar Azimi, Arash Arabkhalaj, Hojat Ghassemi Pages 293-304
    The aim of present article is investigation of evaporation of single- and multi-component fuels droplet and study the effect of unsteadiness term on it. Two approaches are used; a fully transient and quasi-steady approaches. The species, momentum, and energy equations for gas phase and species and energy equations for liquid phase are solve numerically by assuming variable properties with respect to temperature. The results obtained from the fully transient approach show an acceptable compliance with experimental data at atmospheric pressure in a wide range of fuel volatility and ambient temperature for the single- and multi-component fuels. Heptane, decane, and hexadecane are used in order to investigate the effects of fuel volatility on evaporation.The steadiness of processes in the gas phase has been checked by using two measures of unsteadiness related to the mass and heat diffusion of fuel vapor on the droplet surface. The deviations of the results of the quasi-steady approach from the fully transient have been justified by the unsteadiness measures. The results show that fuel and ambient temperature have significant effects on the unsteadiness. For heavier fuels and higher ambient temperature, the diviation of quasi- steady approach from fully transient increases. Also the diviation becomes higher when the differences between volatility of component increase. Therefore, it is concluded that the quasi-steady approach presents reasonable results for lighter fuels in the case of single component and whenever the volatilities of components are very close.
    Keywords: Unsteadiness Effect, Droplet Evaporation, Multicomponent, Fuel
  • Majid Yarahmadi, Somayeh Chegini Pages 305-310
    In this paper, a quantum intelligent robust controller via a combination of sliding mode control with boundary layer and quantum neural networks, for uncertain nonlinear systems in presence of external disturbances, is presented. Based on the adjustable time variant rejection regulator and rejection parameter, a time variant sliding surface as an adaptive chain of the first ordered low pass filters is defined. A three layers quantum neural network is designed to identify the uncertain nonlinear functions in system dynamics. In this method, the control gain and the break-frequency bandwidth are tuned adaptively. Also, the effects of uncertainties and the un-modeled frequencies are eliminated and chattering phenomenon doesn’t occur. Also, for facilitating analytical theory of the presented method and derivation of the adaptive laws a theorem is proved. Finally, the simulated examples show that the proposed method presents an intelligent adaptive robust tracking control such that the control amplitudes and the integral absolute error index of the tracking trajectory are much less than the other methods. Therefore, effective identification, eliminating the effects of system uncertainties, adjustable control gain and break-frequency bandwidth and more accurate tracking are some of the advantages of this method.
    Keywords: sliding mode control, Boundary layer, Quantum neural network, Break, frequency bandwidth, Rejection Regulator
  • Mohammad Gharini, Majid Mohammadi Moghaddam, Farzam Farahmand Pages 311-321
    The purpose of this paper is to investigate the effect of viscoelastic ankle foot prosthesis on below-knee amputee gait cycle by using dynamic simulation of human walking. A two dimensional, seven segment model is developed to simulate normal and amputee entire gait cycle equipped with foot-ground contact model in order to simulate entire gait cycle in an integrated way. In the first step, optimization procedure was coupled with forward dynamic to simulate normal gait cycle. Next step was started by replacing ideal torque generator of ankle joint with passive elements that represents passive prosthetic ankle-foot, in order to simulate below-knee amputee gait cycle. The optimal coefficients of joints that were obtained from dynamic simulation of normal gait cycle were then used for amputee model’s intact joints. Three type of optimal passive ankle foot prosthesis were designed using forward dynamic optimization and the simulation results were employed to compare the performance of different prostheses. The results indicated that using viscoelastic ankle foot prosthesis decreases speed-normalized total work, cost function, dynamic effort and increases speed of the amputee model. Hence using viscoelastic ankle foot prosthesis can improve below-knee amputee walking pattern
    Keywords: Viscoelastic Ankle Foot Prosthesis, Below, Knee Amputee Gait Cycle, Dynamic Simulation of walking, optimization
  • Abolfazl Mokhtari, Mehdi Sabzehparvar Pages 322-332
    Identification of spin maneuver flight characteristics focused in this paper. To analyses an airplane flying quality, identification of the dynamic modes and extracting their characteristics is essential for assessment of the airplane dynamic stability and response-to-control. The paper aims to present a new method for identification of some flight modes, including natural and nonstandard modes, and extraction of their characteristics the same as instantaneous frequency and instantaneous damping ratio, directly from measurements of flight parameters in the time domain in nonlinear flight regime. Firstly, a conceptual method based on the Empirical Mode Decomposition (EMD) algorithm is proposed. The key issue of the EMD algorithm is to represent the signal as the summation of the pattern and detail parts, besides separating them from each other. by utilize the Empirical Mode Decomposition (EMD) capabilities in real-time, a local-online algorithm is introduced which estimates the signal intrinsic mode functions Secondly, by applying Hilbert- Huang transformation to IMFs obtained by EMD algorithm the flight characteristics the same as instantaneous frequency and instantaneous damping ratio for flight mode has been estimated from spin measured flight data. The results indicate the appropriate performance of the identification method in nonlinear flight regime.
    Keywords: Hilbert transform, Empirical Mode Decomposition, IMF, Spin Maneuver, Flight mode
  • Farhoud Kalateh, Ali Koosheh Pages 333-341
    In the present study, the interaction between Turgo turbine and water flow was simulated using 2D immersed boundary method. For this purpose, the available computer code was validated by some reliable results of numerical fluid - structure interaction study. Due to the complexity of modeling whole turbine and its details, only the part of Turgo turbine involving three blades was simulated and the obtained results of study was generalized to whole turbine. In order to increase the efficiency of Turgo turbine and obtain the optimal design criteria, different parameters of its components including the concavity of turbine blade, turbine water head, water discharge and the number of blades were investigated. The optimal value of each parameter is obtained according to efficiency values of turbine. Finally, the optimal values of mentioned parameters were used to propose some optimal pattern for the design of Turgo turbine. Also, the results of the analysis showed that the immersed boundary method despite having simple formulation and algorithm can be utilized to provide a reliable numerical solution to simulate interaction between the parts of turbine and water flow.
    Keywords: Immersed Boundary, Turgo Turbine, Fluid, Structure Interaction
  • Hamid Ghadiri, Hasan Mohammadkhani Pages 342-352
    Control systems under normal conditions can provide a desirable performance. But when faults occur in the system, maintaining the appropriate operating condition is a difficult and often necessary matter. In fact, lack of timely fault detection in sensitive systems will lead to damage significant amounts of resources and information. As a result, a growing tendency in the field of fault detection in both scientific and industrial communities has been created. However, if the system under consideration is nonlinear, fault detection cannot be possible with linear methods. In this case the main difficulty is in accurately modeling of process which effects on the accuracy of fault detection and troubleshooting. Fuzzy systems theory, is an effective tool to deal with the complicated and uncertain situations. This paper has considered the problem of fault detection based on the modeling for nonlinear systems using interval type-2 fuzzy system. Our proposed method for fault detection is to create a confidence bound using te estimation of upper and lower bounds for the system output which can be done using a type-2 fuzzy system. Here, a residual signal is produced which determines the presence or absence of fault in the system. In this method in case of deviating the output graph of the control system from the estimated upper and lower bounds, the occurrence of fault can be detected. Finally, in order to show the capabilities of proposed method, the method is applied on three-tank and electro-hydraulic nonlinear systems and the results are very satisfying.
  • Mahdi Nejati, Saeed Shokrollahi, Shahrokh Shams Pages 353-364
    In this paper, a novel model based on the indicial functions concept is presented to calculate the unsteady aerodynamic loads in the incompressible and subsonic compressible flow. Indicial functions represent the two-dimensional airfoil response to a unit step change in the angle of attack or the pitch rate about the reference axis. In contrast to the incompressible flow where the aerodynamic loads can be determined in terms of a single indicial function, four indicial aerodynamic functions are required to find them in the compressible one. If the indicial functions are known, the unsteady loads can then be obtained through the superposition of indicial responses using Duhamel’s integral for any arbitrary motion. For the purpose of combination the aerodynamic loads for the entire subsonic flow speed range, i.e. 0≤M≤0.8, a new, efficient and Mach dependent approximations of the indicial functions are presented by using the analytical as well as numerical data. Using four instead of seven Mach dependent coefficients in the common indicial functions, the required coefficient are decreased from 28 to 16 to fully describe the aerodynamic loads. Utilizing the indicial functions, then a novel and convenient form of unsteady aerodynamic loads and the corresponding state-space representation is presented; having a unified formulation in incompressible and subsonic compressible flight speed regimes. Based on the strip theory as well as the modified lift curve slope, the finite span effect of 3D wings is also included. The generated indicial functions is validated against available results, which shows a good agreement.
    Keywords: Unsteady aerodynamic loads, Incompressible, subsonic compressible flow, Indicial aerodynamic functions
  • Majid Ali Tavoli, Sina Gohari Rad, Asghar Zajkani, Aboulfazl Darvizeh Pages 365-374
    In this paper investigate the effects of friction stir pre-mechanical processing on damage evolution of 7075-T6 aluminum alloy by implementation of stress state dependent damage model which described in phenomenological way. For this purpose, specimens with special geometry were designed from sheet with friction stir pre-mechanical processing and without it of mentioned alloy. Each of these specimens demonstrate special stress state at fracture location in uniaxial tensile test. Material parameters determine for two different fracture initiation models, Xue and Hosford-Coulomb by using experimental result. By using each of these models, plastic strain to fracture surface obtained at stress state parameters for pre-mechanical friction stir condition and without it which can use to specify strain plastic to fracture for different stress state at different pre-mechanical friction stir and without it for this material. Also a phenomenological stress state dependent damage model and evolution of it investigated for this material at different pre-mechanical friction stir and without it by using these models. The experimental results show increase of plastic strain of material because of pre-mechanical friction stir and damage model show decrease of evolution of ductile damage because of this pre-mechanical processing. Also by comparing of damage result which obtained by using two different fracture initiation, Xue and Hosford-Coulomb conclude that using Xue model has better result than Hosford-Coulomb model and this model has more reliability to predict evolution of internal damage for this material and this model fracture surface has good compatibility with experimental results.
    Keywords: phenomenological ductile damage, Pre, Mechanical Working, friction stir, Xue model, Hosford, Coulomb Model
  • Mohammadhossein Soorgee, Clifford Jesse Lissenden Pages 375-382
    In this paper, design, fabrication and test of piezoelectric fiber composite transducer for Lamb wave inspection of fluid loaded plates has been investigated. First, dispersion and wave structure analysis has been performed in order to select proper mode and frequency for fluid loaded plate inspection. The S1 mode with zero out of plane displacement in free boundaries of a plate with predefined thickness has been extracted, afterward a piezoelectric fiber composite comb transducer has been designed and fabricated. Having manufactured the transducer, necessary tests has been done in order to prove that the transducer generated Lamb mode at selected mode and frequency is not affected by the fluid loading, in both pitch-catch and pulse-echo techniques. The tests has been done successfully and then crack detection in fluid loaded plate by means of fabricated transducers has been examined again in both pulse-echo and pitch-catch arrangements. It has been shown that in pitch-catch test, the presence of a predefined crack leads to decrease in S1 mode related peak in receiver. Moreover, in pulse-echo test, due to the interference of crack reflected wave signal with the transducer resonance response, continues wavelet transform, as one of time-frequency signal processing methods, has been employed successfully for crack detection. Consequently, the fabricated signal has necessary efficiency for damage detection in fluid loaded plates using lamb waves.
    Keywords: Lamb waves, Plate in contact with fluid, Piezoelectric fiber composite transducer
  • Farid Dolati, Nima Amanifard, Hamed Mohaddes Daylami, Khashayar Yazdani Pages 383-393
    In this paper, a two-dimensional numerical approach is used to study the mass transfer in drying process of a moist object affected by electric field in a smooth channel. Finite volume method is used to solve governing equations of electric, flow, temperature, and the concentration fields in flow phase, as well as the temperature and the moisture fields in the moist object. The computational methodology includes the use of a structured, non-uniform quadrilateral grid, and the Standard K-ɛ model was adopted as the turbulence model. The initial temperature of moist object is equal to the air temperature. In this study, firstly, the computed results are compared with the experimental data and the results agree very well. Secondly, the effect of Reynolds number, applied voltage and the position of the emitting electrode on the drying rate of moist object is evaluated. The numerical results show that the drying rate of moist object with increment Reynolds number enhances without the electric field. Also, in presence of electric field, in constant Reynolds the influence of EHD phenomenon on the drying rate increases with increment of applied voltage. In addition, the results show that as the electrode position is established toward the leading edge of moist object, the maximum moisture evaporation reaches.
    Keywords: Electrohydrodynamic, Mass transfer, Numerical investigation, Moist object
  • Alireza Hadi, Azadeh Hassani, Khalil Alipour, Javad Koohsorkhi Pages 394-402
    In this study, design and analysis of a robotic mechanism, able to traverse low diameter pipes for inspection, maintenance or doing special tasks, has been addressed. Using a mechanism able to move properly along pipes with different diameter while having appropriate adaptability when passing complex routes or bends is so important. So, in this study, considering a simple mechanism based on utilizing shape memory alloy actuator, a micro-robot is designed for inspection of narrow pipes or channels. The robot has a suitable flexibility in addition to an appropriate adaptability for passing complex routes. The robot kinematics and dynamics is analyzed and dynamic equations of the robot are extracted and solved. The robot functionality in the simulation is verified through Adams and Matlab software. Finally, using a suitable controller the amount of robot traction force in addition to normal force between robot wheels and the inner surface of pipe has been measured and controlled. The simulation results predict the appropriate functionality and success of the robot in the inspection of pipes with varying diameter in horizontal, vertical or any other inclination state.
    Keywords: Mobile Robot, Adaptability, Shape memory alloy (SMA), Low diameter pipe, Control
  • Seyed Roohollah Kazemi, Meisam Shakouri Pages 403-412
    One of the main problems in the classical methods for analyzing crack is a discontinuity in materials and specific conditions at the crack tip. Existing computational methods for the modeling of fracture in a continuous body are based on the partial differential equations of classical continuum mechanics. These methods suffer from the inherent limitation that the spatial derivatives required do not exist at crack tips or along crack surfaces. To overcome this problem, Peridynamic theory (PD), which has been introduced in recent years, could be used to improve the analysis of cracked structures. In the present paper the crack growth and propagation in an inclined crack in the plate is studied. The governing equation is developed and solved using Peridynamic theory and the results are validated using other investigations. Effects of various pre-crack angles and speeds of load application are studied. As it will be illustrated, the PD theory can reasonably model an inclined crack growth and predict the complex phenomenon of crack linear growth or crack branching at various conditions of applying loads. In addition, the results show that the amount of crack growth can be increased by increasing the rate of loading.
    Keywords: Peridynamic Theory, Inclined Crack Growth, Crack propagation, Branching
  • Milad Shafiee Ashtiani, Aghil Yousefi Koma, Masoud Shariat Panahi, Majid Khadiv Pages 413-422
    In this paper a push recovery controller for balancing humanoid robot under severe pushes for situation that contact surface is small is presented. Human response to progressively increasing disturbances can be categorized into three strategies: ankle strategy, hip strategy and stepping strategy. The reaction of human to external disturbances in the situations that contact surface is small or stepping is not possible is generating upper body angular momentum. In this way in this paper, a single model predictive controller scheme is employed to controlling the capture point by modulating zero moment point and centroidal moment pivot. The proposed algorithm is capable of recovering balance of humanoid robot under severe pushes without stepping in situation that contact surface is shrunked to a strip. The goal of the proposed controller is to control the capture point, employing the centroidal moment pivot when the capture point is out of the support polygon, and/or the zero moment point when the capture point is inside the support polygon. The merit of proposed algorithm is shown successfully in different simulation scenarios using characteristic of SURENA III humanoid robot.
    Keywords: Humanoid robot, Push Recovery, Model Predictive Control, Capture point
  • Amir Rasti, Sina Sabbaghi Farshi, Mohammad Hossein Sadeghi, Hadi Imani Pages 423-430
    In this research, microhardness variations of subsurface in hole making on a AISI4340 steel workpiece was studied experimentally. For this purpose, four hole making methods were used including; helical milling, profile milling, drilling with and without predrilling. The design of experiments utilized full factorial method in which two main cutting parameters including cutting speed (Vc) and feed rate (fz) were changed in three levels. Nine experiments were performed for each process and Hardness variations of substrate layer along the hole radial and axial distances were investigated (216 hardness measurements points). Results showed that the measured hardness in all of the experiments were higher than bulk material hardness, regardless of cutting conditions and the maximum hardness value was found in the upper levels of cutting parameters of traditional drilling method (729 Vickers). In addition, due to workpiece temperature and work hardening increasing with prolongation of the process time, the maximum hardness value was obtained on the exit surface of hole in all processes. Also, least microhardness variations was found when using traditional drilling with predrill which represents superiority of non-continues, multistage hole making processes and conventional drilling using predrill in creation of holes with more uniform properties.
    Keywords: Microhardness, Conventional Drilling, Helical Milling, Profile Milling, AISI4340 Steel
  • Hossein Karami Pabandi, Mojtaba Movahedi, Amir Hossein Kokabi Pages 431-440
    In this work, a new friction spot welding process called “Threaded Hole Friction Spot Welding” was introduced to join aluminum and short-carbon-fiber-reinforced polypropylene composite sheets. The new process was based on the filling of the pre-threaded hole on the metallic sheet by the melted polymer. Mechanisms of bonding were investigated using macro/micro structural investigation of the joints. The effects of the tool rotational speed on the mechanical strength and fracture energy of the joints were also studied. The results showed that the hole is completely filled with the melted polymer. Formation of a reaction layer composed mostly of Al, C and O as well as mechanical locking between the threaded hole and the re-solidified polymer inside the hole was effective on the joint strength. Maximum shear-tensile strength of the joints reached to ~80 percent of the strength of the polymeric composite sheet. Moreover, strength and fracture energy of the joints increased with enhancement of the tool rotational speed. Variation of the joint strength was explored at the light of the fracture surface features as well as the hardness of the re-solidified polymer inside the hole.
    Keywords: Friction spot welding, Refill, Polymer, Metal, Joint strength
  • Seyed Yousef Adljo, Mohamadreza Ansari, Mohsen Zarei, Peyman Rostami Pages 441-452
    In the present study, flow regimes of co-current, air-water two-phase flow in a vertical tube with 70 mm internal diameter were investigated. Simulation accomplished by open source software, OpenFOAM, and One Fluid model has been used to simulate two-phase flow, which in this model, the interface of two-phase flow has been followed by Volume of the Fluid model. Hitherto, most of the researchers conducted experimentally and the researchers in many of numerical studies just investigated the small tubes. The simulation had investigated according to boundary conditions of the vertical tube. Air and water superficial velocities in inlet and pressure in outlet were constant. Moreover, a no-slip condition in the internal tube walls has been considered. The main purpose of this study is to identify the flow regimes based on the superficial velocities of air and water in the inlet. Moreover, the diagrams of density distributions of phases were obtained, with respect to the behavior of each two-phase flow pattern which can be identified. Superficial velocity of air and water were in the range of 0.01-15 m/s and 0.1-1.5 m/s, respectively. By analysis of results, bubbly, slug, churn and annular regimes; furthermore, semi-annular and Cap-Bubbly sub-regimes were observed.
    Keywords: two, phase flow, Vertical Pipes, volume Fraction Distribution, Flow Patterns, VOF model
  • Shapor Nikbakht, Mohammad Eftekhari, Ghader Faraji Pages 453-461
    There has been much interest in recent years in improving material properties by grain refinements using severe plastic deformation (SPD). With applying severe plastic deformation to metals, the structure changes and nanostructure produce. In this study, ultra-fine grained pure titanium fabricate by combination of Equal channel angular pressing and Extrusion process in different passes (1, 2, 4 and 6 pass). ECAP and Extrusion processes were carried out at 400°C. Then, mechanical and microstructural properties of UFG pure titanium billets produced b combination process of ECAP and extrusion process were examined and the effect of passes on mechanical and microstructural properties was investigated. The results showed that mechanical properties were improved significantly. Ultimate strength increased up to 941MPa, in the best state, while for initial sample was 505MPa, in other word ultimate stress increased about 86.3%. With this combinational method, ultimate stress increased about 60.8% for 1 pass sample, 78.8% for 2 pass sample, 86.3% for 4 pass sample and 80.8% for 6 pass sample rather than initial state. In higher passes the rate of increase are reduced due to the grains size saturation. Hardness increased from 81.85 Hv to 216.65 Hv; In other words, hardness increased 164% from initial value. Further passes of the process only have a minor effect on increasing of billet hardness. Scanning Electron Microscope also revealed that brittle fracture were takeplaced in all sample with shallow dimples.
    Keywords: UFG billet, SPD, ECAP, Extrusion, Mechanical properties
  • Amin Haghbin, Gholamhossein Liaghat, Amirmasoud Arabi, Mohammadhossein Pol Pages 462-472
    Nanoparticles are being used nowadays to improve the mechanical and structural specification of Fiber Reinforced polymers (FRPs) due to production of hybrid & Multi scale composites. Electrophoretic deposition has been utilized to deposit a smooth layer of carbon nanoparticles on the surface of woven glass fibers, and later in the fiber/matrix interface of composite structure. Initially, the experimental parameters in deposition of CNTs investigated. Suspension concentration, field strength and process duration effects has been studied on the quality and quantity of deposition mass. Then the best situation has been used to fabricate CNT reinforced glass fiber-epoxy composite to evaluate its short beam strength and also quasi static indentation performance subject to lateral shear loads. Results demonstrates the salient effect of grafted CNTs in the nanocomposites interface on their mechanical behavior. The interlaminar shear strength of prepared nanocomposites has been increased by 42% regarding control samples and 10% improvement achieved in their quasi static performance. It has been shown that there is a range of optimum values for field and concentration due to stability of process and also deposition mass. The stability of process will restrain the field and concentration in the process. In best practices the current density values encountered between 0.5 and 1 mA/Cm2. The effect of field strength was around 8.5 times, but the effect of concentration was around 5.5 times. The current density diagram was steady in stable processes and the first three minutes of each process known as the effective deposition time.
    Keywords: Interlaminar shear strength, Electrophoretic deposition, Carbon nanotubes, Quasi static indentation, Nanocomposites