فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال هفدهم شماره 8 (آبان 1396)
  • سال هفدهم شماره 8 (آبان 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/06/16
  • تعداد عناوین: 47
|
  • مقاله پژوهشی کامل
  • علی طاهری فر، غلامرضا وثوقی *، علی سلک غفاری صفحات 1-8
    امروزه ربات های پوشیدنی به عنوان یک ابزار کارآمد در تمرینات توانبخشی و کمک به بیماران کم توان توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است. یکی از اصلی ترین ویژگی های ربات های پوشیدنی، تعامل نرم و سازگار با بیمار می باشد. استفاده از عملگرهای سری -الاستیک ضمن تحقق این ویژگی مهم، قابلیت های دیگری نظیر اندازه گیری و کنترل گشتاور را نیز فراهم می کنند. روش های کنترل گشتاور پیشین، عمدتا از یک حلقه داخلی موقعیت و یک حلقه بیرونی نیرو بهره می برند. در این تحقیق ضمن استفاده از این دو حلقه تو در تو، دینامیک موتور و سیستم انتقال قدرت نیز در طراحی کنترلر استفاده شده است. در این مقاله ابتدا، پارامترهای فنر سری-الاستیک، عملگر و لینک های ربات شناسایی شده اند. بر این مبنا دو کنترلر گشتاور مدل-مبنا یکی بر مبنای فرمان سرعت و دیگری بر مبنای فرمان جریان طراحی و ارائه شده است. بر خلاف روش های پیشین، کنترلرهای پیشنهادی برای هر دو حالت خروجی آزاد (امپدانس صفر) و خروجی قفل استخراج شده و آنالیز پایداری سیستم برای دو حالت ذکر شده بطور مجزا ارائه شده است. در نهایت نتایج مقایسه ای تست تجربی بر روی ربات پوشیدنی دانشگاه صنعتی شریف ارائه شده است. نتایج تست تجربی این دو کنترلر نشان می دهد، دقت ردیابی گشتاور بر مبنای جریان و سرعت به ترتیب برابر 1.2 به 0.2 نیوتن متر می باشد.
    کلیدواژگان: کنترل گشتاور، عملگر سری الاستیک، اگزواسکلتون، شناسایی سیستم
  • امیرحسین گل محمدی، سعید خدایگان* صفحات 9-16
    یکی از مهمترین عواملی که در ساخت قطعات با روش ساخت افزودنی باید مورد توجه قرار گیرد، الگوی جهت گیری ساخت قطعه است. جهت گیری ساخت قطعه در فرآیندهای ساخت افزودنی بر روی خواص قطعه از جمله صافی سطح، استحکام قطعه، زمان ساخت و مقدار مواد تکیه گاهی مورد استفاده تاثیرگذار است. در این بین زمان ساخت قطعه یکی از مهمترین عوامل در تعیین جهت گیری بهینه قطعات است. در این مقاله روشی جدید برای تخمین زمان ساخت قطعه در فرآیندهای ساخت افزودنی ارائه می شود که میتواند زمان تخمینی ساخت قطعه در جهت گیری های مختلف را محاسبه کند. بر اساس روش پیشنهادی، رابطه ای کاربردی بر اساس تعداد لایه ها و مقدار مواد تکیه گاهی استخراج میگردد. روش ارائه شده علاوه بر کاهش هزینه های محاسباتی نسبت به روش های پیشین، روشی کارآمد برای تعیین جهت گیری بهینه قطعات نیز میباشد. در پایان، به منظور نمایش توانایی و همچنین صحت سنجی روش پیشنهادی، زمان ساخت یک قطعه در دو نوع جهت گیری مختلف بر اساس روش پیشنهادی تخمین زده می شود و با نتایج حاصل از شبیه سازی فرآیند در نرم افزارهای منکاتی و رپتیرهاست مقایسه میشود. میانگین خطای نسبی روش پیشنهادی در جهت گیری نوع اول در مقایسه با نرم افزارهای منکاتی و رپتیرهاست به ترتیب برابر 5 و 9 درصد و در جهت گیری نوع دوم 7 و 8 درصد میباشد. همچنین سرعت محاسبه نتایج برای قطعه مورد مطالعه با استفاده از روش پیشنهادی به ترتیب حدود 100 و 140 برابر سریع تر از نرم افزارهای رپتیرهاست و منکاتی است.
    کلیدواژگان: ساخت افزودنی، تخمین زمان ساخت، جهت گیری ساخت قطعه، زبان استاندارد مثلثی (STL)
  • محسن حیدری، خلیل خلیلی *، سید یوسف احمدی بروغنی صفحات 17-28
    فرایند خشک شدن یکی از فرایندهای پر مصرف انرژی می باشد که در صنایع بسیاری مانند صنعت سرامیک، چینی و ساختمان نقش پررنگی دارد. محصولات این صنایع اغلب دارای هندسه سه بعدی پیچیده می باشند. تغییر شکل غیر یکنواخت محصول در فرایند خشک شدن می تواند باعث ایجاد ترک و غیر قابل استفاده بودن محصولات خشک شده شود. خشک کردن تناوبی یک راهکار موثر برای بهبود سینتیک خشک شدن و کیفیت قطعات خشک شده می باشد. تعیین زمان شروع تناوب، دوره و دامنه تناوب چالش های اصلی در فرایند خشک شدن تناوبی می باشند. هدف این مقاله بررسی تاثیر دوره تناوب تغییر دما در خشک شدن تناوبی خمیر رسی برروی سینتیک خشک شدن و تنش های خشک شدن می باشد. فرایند خشک شدن در حالت پیوسته و تناوبی به صورت سه بعدی مدلسازی و به کمک روش المان محدود شبیه سازی شده است. تنش های حرارتی و رطوبتی مورد مقایسه قرار گرفته است. مطابقت مناسب متغیر های متعدد تجربی و شبیه سازی نشان دهنده صحت و درک کامل فرایند خشک شدن توسط مدل ارائه شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که فرکانس تناوب به شدت بر روی تنش های خشک شدن موثر می باشد. تغییر دوره تناوب بسته به خواص ماده و ابعاد قطعه می تواند باعث افزایش/ کاهش تنش های خشک شدن شود. خشک شدن تناوبی اثر متفاوتی بر روی نقاط مختلف قطعه دارد. از این رو نقاط مستعدد ترک برداشتن باید به صورت هم زمان مورد بررسی قرار گیرند. تنش های حرارتی در مقایسه با تنش های رطوبتی بسیار ناچیز هستند و می توان از مدلسازی آنها در فرایند خشک شدن صرف نظر کرد.
    کلیدواژگان: خشک کردن تناوبی، دوره تناوب، تنش های خشک شدن، سینتیک خشک شدن
  • حامد باقری * صفحات 29-37
    میزان زبری سطح پره های توربین های بخار به مرور زمان افزایش یافته و این نکته بر عملکرد آن ها تاثیر منفی می گذارد. در این مقاله اثرات زبری سطح روی عملکرد یک مرحله از توربین بخار با جریان دوفازی به ازای فشارهای خروجی مختلف بررسی شده است. بدین منظور یک کد عددی برای شبیه سازی جریان دوفازی غیر تعادلی در هندسه دو بعدی توربین بخار توسعه داده شده است. از روش ترکیبی ای یو اس ام- ون لیر برای محاسبه شارهای غیر لزج، از مدل آشفتگی اس اس تی برای محاسبه لزجت آشفته و از مدل زبری ویلکاکس برای اعمال زبری روی سطح پره توربین استفاده شده است. از نتایج آزمایشگاهی برای اعتبارسنجی این کد عددی استفاده شده است. بر طبق نتایج بدست آمده در این مقاله تاثیر زبری سطح در کاهش بازده مراحل مادون صوت توربین بخار نسبت به مراحل مافوق صوت بیشتر است. به عنوان مثال در جریان مادون صوت به ازای فشار خروجی 24.25 کیلو پاسکال با افزایش میزان زبری سطح از 5 میکرون به 800 میکرون مقدار بازده مرحله به اندازه 15 درصد کاهش می یابد. در حالیکه در جریان مافوق صوت به ازای فشار خروجی 14.55 کیلو پاسکال، با این اندازه افزایش زبری سطح، مقدار بازده مرحله به اندازه 10 درصد کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: توربین بخار، زبری سطح، بازده توربین، ضریب افت فشار
  • مجتبی محرابی، مهدی محمدی مهر *، محمدرضا فاتحی، علی قربان پور آرانی صفحات 38-48
    در مقاله حاضر، تحلیل حرارتی چرخ دنده های مخروط مارپیچ استفاده شده در جعبه دنده اصلی بالگرد – متعلق به شرکت هواپیماسازی ایران- بررسی می شود. ابتدا ضمن معرفی ویژگی های هندسی چرخ دنده ها ، مبانی روانکاری و تحلیل حرارتی بر اساس استانداردهای موجود در طراحی چرخ دنده ها از جمله استاندارد آگما بررسی شده و پس از آن جهت تشکیل مدل اجزاء محدود، شرایط اولیه و مرزی آن با تعیین ویسکوزیته روغن و پس از آن محاسبه ضریب اصطکاک، ضرایب انتقال حرارت جابه جایی و هدایت بر اساس مدل های تجربی و تحلیلی چرخ دنده های مخروط مارپیچ مشخص می شود. لازم به ذکر است که هدف از تهیه مدل المان محدود در کار حاضر، کاهش خطای مربوط به محاسبات پیچیده تحلیلی و دستی ضمن افزایش سرعت حل مساله می باشد. تاثیر عوامل مختلف، از قبیل افزایش دمای لحظه ای و تاثیر دمای اولیه بر آن، تنش های تماسی و شارهای حرارتی، مقایسه اثرات انواع روانکارهای معدنی بر کاهش دما و عمر خستگی جعبه دنده بررسی می شوند. نتایج حاصل از کار حاضر نشان خواهند داد که افزایش دمای لحظه ای به صورت خطی تابعی از دمای اولیه می باشد، بطوری که دمای لحظه ای سیستم نسبت به دمای اولیه شروع به کار آن 56 درجه سانتی گراد افزایش خواهد داشت. همچنین همچنین نتایج نشان می دهد که حضور انواع روانکارهای معدنی علاوه بر آن که موجب کاهش سطوح تماس فلز با فلز و ضریب اصطکاک می شود، نقش به سزایی در خنک کاری چرخدنده و افزایش بیش از اندازه دما درون آن ایفا می کند، بدین صورت که استفاده از روانکارهای معدنی در سیستم سبب خواهد شد که دما از 90 درجه سانتیگراد تجاوز نکند.
    کلیدواژگان: چرخ دنده های مخروط مارپیچ، شبیه سازی اجزاء محدود، تحلیل حرارتی، روانکار، عمر خستگی
  • حسن جعفری، سلمان نوروزی *، حامد جمشیدی اول، جمال حسینی پور صفحات 49-58
    در تحقیق حاضر خواص مکانیکی و ریزساختاری اتصال غیرمشابه فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 به آلیاژ مس نیکل C70600 ایجاد شده توسط فرایند جوشکاری قوس تنگستن با گاز محافظ مورد بررسی قرار گرفت. هدف از ایجاد این اتصال برخورداری از خواص متالورژیکی دوگانه، همانند هدایت حرارتی و مقاومت به خوردگی آلیاژ مس نیکل و خواص استحکامی فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 است. جوشکاری دو فلز غیرمشابه فولاد به آلیاژ مس نیکل به دلیل اختلاف در دمای ذوب، تفاوت در هدایت حرارتی و همچنین سرعت انجماد بالای آلیاژ مس نیکل با مشکلات فراوانی روبرو می باشد. در این تحقیق به دلیل حلالیت و جوش پذیری مناسب نیکل با هر دو آلیاژ از فلزات پرکننده اینکونل 625، اینکونل 82و اینکونل 61 استفاده شد. براساس بررسی ریزساختاری اتصال ها، فلز جوش نمونه های جوشکاری شده با فلز پرکننده ی اینکونل 625 و اینکونل 82 دندریت های هم محور ریزتری نسبت به فلز جوش اینکونل 61 نشان داد. استحکام کششی نمونه های مربوط به فلزات پرکننده اینکونل 625، 82 و 61 به ترتیب معادل 324، 323 و 293 مگاپاسکال بدست آمد، در حالی که درصد ازدیاد طول سه نمونه اختلاف اندکی با یکدیگر نشان داد. بنابراین براساس خواص مکانیکی اتصال ها دو فلز پرکننده اینکونل 625 و 82 برای جوشکاری غیرمشابه فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 به آلیاژ مس نیکل C70600 مناسب می باشند
    کلیدواژگان: آلیاژ مس نیکل، فولاد زنگ نزن AISI 304، اتصال غیرمشابه، جوشکاری قوس تنگستن با گاز محافظ
  • مرتضی منشی زاده، احمد طاهرشمسی *، حسن رحیم زاده، حامد سرکرده صفحات 59-67
    در مطالعه حاضر، دینامیک گرداب های با سطح آزاد و میزان هوای ورودی به آبگیر در اثر گرداب های با هسته هوا در یک آبگیر افقی، به روش آزمایشگاهی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج ارائه شده عبارت اند از نحوه ارتباط بین مرتبه گرداب با پارامترهای هیدرولیکی آبگیر، الگوی کلی جابجایی هسته گرداب بر روی سطح آب و ارتباط آن با مرتبه گرداب، مدت زمان لازم برای تشکیل کامل هسته هوا و در نهایت برآورد نرخ هوای ورودی به آبگیر در شرایط تشکیل گرداب با هسته هوا می باشد. همچنین با تعریف شاخص عدد آبگیر، بین مرتبه گرداب و عدد آبگیر ارتباط کمی برقرار گردید و نشان داده شد که با افزایش عدد آبگیر، از ناپایداری مکانی گرداب های با سطح آزاد کاسته می شود، به گونه ای که برای اعداد آبگیر بزرگ تر از 1، جابجایی هسته گرداب بر روی سطح آب به ناحیه ای به شعاع حداکثر دو برابر قطر آبگیر محدود می گردد. در ادامه، بین مدت زمان لازم برای شکل گیری هسته کامل هوا و عدد آبگیر نیز ارتباط برقرار گردید و نشان داده شد که با افزایش این عدد، زمان لازم برای تشکیل هسته کامل هوا به صورت نمایی کاهش می یابد. در همین راستا رابطه ای برای تخمین سرعت رشد هسته هوا بر حسب عدد آبگیر پیشنهاد گردید و به جهت صحت سنجی، با نتایج تحقیقات پیشین مقایسه شد. در بخش پایانی این تحقیق نیز به بررسی نحوه ارتباط بین نرخ هوای ورودی به آبگیر و عدد آبگیر پرداخته شد و سپس رابطه ای برای تخمین نرخ هوای ورودی بر حسب عدد فرود آبگیر پیشنهاد و با نتایج تحقیقات قبلی مقایسه گردید.
    کلیدواژگان: گرداب، آبگیرهای نیروگاهی، مطالعه آزمایشگاهی، نرخ ورود هوا، ناپایداری هسته هوا
  • میثم کبیری، محمد باقر منهاج*، هاجر عطریانفر صفحات 68-74
    در این نگاشت نامه کنترل ردیابی برای هواپیمای عمود پرواز مورد بررسی قرار گرفته است. هدف کنترلی، ردیابی یک مسیر سه بعدی از پیش تعیین شده توسط هواپیما در حضور اغتشاش های ثابت و نایقینی در ماتریس اینرسی است. با تکیه بر الگوریتم استخراج، کنترل دینامیک انتقالی و چرخشی از یکدیگر جدا میشوند. ابتدا یک کنترل کننده مجازی برای دینامیک انتقالی طراحی می گردد که جهت تراست مطلوب از روی آن استخراج می گردد. برای فائق آمدن بر زیر-تحریک بودن دینامیک انتقالی، در طراحی کنترل کننده مجازی از پیاده سازی یک سیستم کمکی و یک تخمین گر برای خنثی کردن اثر اغتشاش دینامیک انتقالی استفاده شده است. همچنین برای کراندار نگاه داشتن تخمین انجام گرفته از عملگر تصویر هموار بهره گرفته شده است. برای کنترل دینامیک چرخشی به طوری که جهت تراست مطلوب به دست آمده محقق گردد، از کنترل تطبیقی مد لغزنده استفاده شده است. ازآنجاییکه مقدار ماتریس اینرسی و کران اغتشاش دینامیک چرخشی معلوم نیست از ساختار تطبیقی در طراحی بهره گرفته شده تا به وسیله آن کرانه ای نامعلوم تخمین زده شود. پایداری کنترل کننده ارائه شده با استفاده از تحلیل پایداری لیاپانوف اثبات شده است. در پایان نتایج شبیه سازی برای نشان دادن کارایی کنترل کننده معرفی شده در مقاله ارائه گردیده است.
    کلیدواژگان: هواپیمای عمودپرواز، نایقینی، اغتشاش، ردیابی مسیر
  • محمدحسین زاده، علی سالاری، محمد سردارآبادی، محمد پسندیده فرد*، علیرضا اکبرزاده صفحات 75-86
    در این مطالعه عملکرد یک سیستم فتوولتاییک حرارتی به صورت عددی و آزمایشگاهی بررسی شده است. در بررسی عددی، با استفاده از روش تاگوچی، بهینه ترین محیط و زمان کارکرد سیستم و هم چنین مناسب ترین پارامتر های مستقل از ساختمان سیستم به منظور افزایش بازده آن در یک محیط و زمان مشخص، تعیین شده است. سپس با استفاده از پارامتر های بهینه تعیین شده در تحلیل تاگوچی، عملکرد سیستم به صورت آزمایشگاهی و از دو دیدگاه انرژی و اگزرژی مورد مطالعه قرار گرفته است. در بررسی آزمایشگاهی با ساخت بستر کامل آزمایشگاهی، عملکرد یک واحد فتوولتاییک معمولی و یک سیستم فتوولتاییک حرارتی با سیال کاری آب، با یکدیگر مقایسه شده است. آزمایش ها در دانشگاه فردوسی مشهد با عرض جغرافیایی 36 درجه و طول جغرافیایی 59 درجه و در یک روز معین در مرداد ماه انجام شده است. نتایج بررسی عددی سیستم فتوولتاییک حرارتی نشان می دهد، موثرترین پارامتر بر عملکرد سیستم ، دمای سیال خنک کننده ورودی به کلکتور می باشد و بهینه ترین مقدار آن برای بهبود عملکرد سیستم فتوولتاییک حرارتی 20 درجه سانتی گراد است. هم چنین بازده انرژی کلی سیستم فتوولتاییک حرارتی در حالت بهینه 69.02 درصد می باشد. نتایج بررسی آزمایشگاهی بیان می کند، میانگین انرژی الکتریکی خروجی از سیستم فتوولتاییک حرارتی حدود 6.27 درصد بیشتر از واحد فتوولتاییک معمولی می باشد. هم چنین میانگین بازده های انرژی و اگزرژی حرارتی در طول آزمایش برای سیستم فتوولتاییک حرارتی به ترتیب 34.12 و 0.72 درصد می باشد.
    کلیدواژگان: سیستم فتوولتاییک حرارتی، روش تاگوچی، تحلیل انرژی، تحلیل اگزرژی
  • پوریا نعیمی امینی، بهنام معتکف ایمانی * صفحات 87-96
    فرآیند داخل تراشی به دلیل نسبت طول به قطر بالای ابزار و انعطاف پذیری زیاد آن، بسیار مستعد ارتعاشات خود برانگیخته(چتر) می باشد. این ارتعاشات منجر به کاهش کیفیت سطح، دقت هندسی پایین و شکستگی ابزار می شود و در مجموع مهمترین محدودیت تولید می باشد. مهمترین دلیل به وجود آمدن چتر، برهم کنش دینامیکی فرآیند براده برداری و سازه ماشین ابزار می باشد. با افزایش طول ابزار برش، تمایل سازه به ارتعاش افزایش پیدا می کند. راه حل موثر جهت کاهش ارتعاشات و افزایش مقاومت به چتر، افزایش صلبیت دینامیکی آن می باشد. در فرآیند داخل تراشی با نسبت طول به قطر بالا، جهت افزایش پایداری ابزار، از روش های کنترل ارتعاشات غیرفعال یا فعال استفاده می شود. روش های فعال کنترل ارتعاشات این قابلیت را دارا می باشند که ارتعاشات را به نحو مطلوبی در شرایط مختلف ماشینکاری میرا کنند. هدف این پژوهش بهبود مقاومت به چتر ابزار داخل تراش در مقیاس صنعتی از طریق افزایش صلبیت دینامیکی می باشد. به منظور کنترل ارتعاشات ابزار از عملگر الکترومغناطیسی استفاده گردیده است. طراحی بستر آزمایش به نحوی صورت گرفته است که بتوان در راستای شعاعی ارتعاشات ابزار را کنترل نمود. در این پژوهش ابتدا با استفاده از آزمون مودال تجربی، مشخصات دینامیکی ابزار بورینگ بدست آمده است. سپس با استفاده از تحریک سینوسی جاروبی تابع تبدیل عملگر-ابزار شناسایی شده است. حلقه کنترل ارتعاشات نیز با استفاده از الگوریتم پسخور مستقیم سرعت پیاده سازی شده است. نتایج آزمون های ماشینکاری نشان می دهد که عملگر در کاهش ارتعاشات و افزایش صلبیت دینامیکی و در نتیجه مقاومت در برابر چتر دارای عملکرد خوبی می باشد.
    کلیدواژگان: ابزار داخل تراش، کنترل ارتعاشات، شناسایی سیستم، ارتعاشات چتر
  • شجاعت شفیعی، بهروز رحمانی*، امین موسایی، حامد پناهی کالوس صفحات 97-104
    در پژوهش پیش رو، روشی برای کنترل گسترده ی مبتنی بر بازخورد خروجی میدان دما در یک ورق مدرج تابعی ضخیم پیشنهاد شده است. معادله ی حاکمه ی این سیستم دینامیکی با یک معادله ی مشتق جزئی خطی با ضرایب متغیر با مکان که همان معادله ی انتقال حرارت سه بعدی است، قابل توصیف است. برای انجام این کار، ابتدا با استفاده از روش عدد موج اصلاح شده، که با ترکیب دو روش تبدیل سریع فوریه و تفاضل محدود ابداع شده است، معادله مشتق جزئی حاکم بر سیستم به مجموعه ای از معادلات مشتق معمولی تبدیل می شود. بر این اساس، هر کدام از این معادلات مشتق معمولی مربوط به ترکیبی خاص از اعداد موج در راستاهای مختلف دستگاه مختصات کارتزین می باشد. سپس برای پایدارسازی دینامیک هر کدام از این معادلات، از کنترل کننده ی خطی فیدبک حالت بهینه استفاده می شود. در این راستا، همچنین روشی برای تولید ورودی کنترلی ردیاب یا تنظیم کننده پیشنهاد شده است. همچنین از آنجا که این دستورات کنترلی، در فضای فوریه طراحی شده است، انتقال آنها به فضای فیزیکی باید صورت پذیرد؛ برای رسیدن به این هدف، از تبدیل معکوس فوریه استفاده می شود. شبیه سازی های عددی صورت گرفته، دلالت بر کارایی روش پیشنهادی در داشتن مشخصه های خوب پاسخ گذرا و همچنین خطای حالت ماندگار کوچک دارد.
    کلیدواژگان: معادله انتقال حرارت هدایت خطی، تبدیل فوریه سریع، کنترل گسترده، عدد موج اصلاح شده، ماده ی مدرج تابعی
  • امین جلالیان، کیومرث مظاهری * صفحات 105-116
    در کار حاضر مقایسه اثرات چند سینتیک شیمیایی کلی در شبیه سازی 3 بعدی احتراق متان، توسط مجموعه کد متن باز اپن فوم، در یک محفظه احتراق افقی که دارای شعله برخاسته می باشد، مورد نظر است. هدف از این مقایسه، مشاهده اثرات سینتیک های کلی یک، دو و چهار مرحله ای بر سرعت، توزیع گونه ها و دما است. در این شبیه سازی، معادلات بقا و حالت بطور همزمان حل و معادلات مشتق جزئی توسط روش حجم محدود گسسته می گردند. اثرات آشفتگی با روش k-ε، تابش با مدل P1 و برهم کنش آشفتگی و احتراق با روش PaSR محاسبه می شوند. نتایج عددی به وسیله ی داده های آزمایشگاهی محفظه احتراق استوانه ای صحت سنجی گردید. نتایج نشان می دهد که سینتیک های مذکور دارای اختلاف در نتایج سرعت، دما و گونه ها در یک سوم انتهایی محفظه که محل استقرار شعله است، می باشند و مکان شعله را متفاوت از یکدیگر پیش بینی می کنند و سینتیک های 4مرحله ای دارای دقت بهتری نسبت به نوع 2مرحله ای هستند. در بین مکانیزم های 4مرحله ای مدل JL دارای دقت و زمان محاسبات بیشتری است، سینتیک های یک مرحله ای قادر به حفظ شعله ی برخاسته نبودند. نوع 2مرحله ای نسبت به نتایج تجربی شعله را در پایین دست و مدل کیم نسبت به نتایج تجربی شعله را در بالادست بازسازی می کند.
    کلیدواژگان: شبیه سازی احتراق، متان، سینتیک شیمیایی، اپن فوم، واکنش گاه آمیخته ی جزئی
  • عباس کرمی، حمید صادقیان *، مهدی کشمیری صفحات 117-125
    در این پژوهش مسئله ی کنترل وظایف متعدد به صورت اولویت بندی شده در حین تعامل فیزیکی ناخواسته با ربات افزونه مورد بررسی قرار می گیرد. این مسئله به دلیل افزایش استفاده از ربات ها در محیطهای ناشناخته و متغییر با زمان و در کنار انسان ها برای عملیات های دقیق، حساس و پیچیده بسیار مهم و کاربردی است. به کار گیری افزونگی ربات به منظور تضمین ایمنی و سازگاری در عین انجام دقیق فعالیت های دشوار در این کار مدنظر است. به این منظور، مسئله ی کنترل موقعیت و جهت به صورت مجزا یا ترکیبی و با اولویت دل خواه به عنوان وظایف اصلی و کنترل امپدانس در فضای پوچ وظایف اصلی مورد بررسی قرار می گیرد. نیروهای خارجی وارد بر بدنه ی ربات به کمک یک مشاهده گر و بدون استفاده از حسگرهای نیرو و گشتاور تخمین زده می شوند و ربات با استفاده از افزونگی سینماتیکی، رفتاری سازگار را در حین تعامل فیزیکی از خود نشان می دهد. به منظور اولویت بندی وظایف در اینجا روش جدیدی پیشنهاد شده و به کمک آن، همگرایی خطای وظایف مورد نظر و خطای تخمین نیروهای خارجی اثبات می شود. به علاوه نشان داده می شود که سرعت فضای پوچ نیز به صفر میل می کند. در نهایت کارکرد روش پیشنهادی به کمک شبیه سازی کامپیوتری و نیز پیاده سازی تجربی بر روی ربات 7 درجه آزادی KUKA LWR IV نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: کنترل موقعیت و جهت، مشاهده گر، اولویت بندی وظایف، تعامل فیزیکی
  • مجید خوانساری، حسین خدارحمی*، سید عباس وزیری یزدی صفحات 126-132
    یکی از روش های جدید که اخیرا مورد توجه محققان قرارگرفته است استفاده از نانوذرات برای تقویت کامپوزیت ها می باشد که در عین حال که در وزن سازه تغییری ایجاد نمی کند خواص مکانیکی و فیزیکی آن را بهبود می بخشد. یکی ازاین مواد نانولوله کربنی می باشد که از زمان کشف آن تاکنون کاربرد گسترده ای در صنعت پیداکرده است. در این مقاله، پاسخ پنل های هیبرید آلومینیوم وکامپوزیت ساخته شده از اپوکسی و کولار و پنل های هیبرید آلومینیوم و نانوکامپوزیت اپوکسی و کولار در اثر ضربه بالستیک مورد بررسی قرار گرفت. چهار گروه از پنل های فوق با درصدهای صفر، نیم، یک و یک ونیم درصد نانولوله کربنی ساخته شد. نمونه های هیبریدی که در این تحقیق ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفته، با روش لایه چینی دستی و پرس گرم انجام شده است. ضخامت پنل های فوق که متشکل از دوصفحه آلومینیومی و ده صفحه کولار 29 است، ثابت بود. آزمون های ضربه بالستیک با استفاده از پرتاب گلوله مخروطی 7.6 گرمی و با دو سرعت میانگین220 و275 متر بر ثانیه توسط تفنگ گازی انجام شد. سرعت ورودی و خروجی در هریک از نمونه ها بوسیله سرعت سنج لیزری مشخص گردید. مقدار جذب انرژی و جذب انرژی ویژه عبور پرتابه به عنوان معیاری برای مقایسه کارایی بالستیک پنل های مختلف تعیین گردید. نتایج نشان داد از میان چهار نمونه مورد بررسی، پنل حاوی یک درصد نانولوله کربنی بیشترین جذب انرژی و مقاومت بالستیکی را دارا است.
    کلیدواژگان: هیبرید، نانولوله کربنی، نانوکامپوزیت، کولار، سرعت حد بالستیک
  • سامان حسین زاده، بیژن محمدی * صفحات 133-142
    ضربه گیر گازی-روغنی، عملکردی دوگانه در یک سیستم تعلیق دارد. تراکم پذیری گاز در آن، نقش فنر و عبور روغن از اوریفیس، نقش مستهلک کننده انرژی را ایفا می کنند. سیالات (گاز و روغن) و جریان آن ها در داخل ضربه گیر، تعیین کننده پاسخ ضربه گیر به تحریکات مختلف است. پیشبینی رفتار جریان داخل ضربه گیر می تواند در مراحل طراحی، بهینه سازی و بررسی عملکرد آن، از هزینه ی آزمایشات تجربی بکاهد. در پژوهش حاضر تحلیل عددی جریان با فرض تقارن محوری و به صورت دوفازی، با یک فاز تراکم پذیر و در شرایط آشفته انجام گرفته است. مدل کسر حجمی برای توصیف ارتباط دو فاز، مدل کی-اپسیلون تحقق یافته برای مدلسازی آشفتگی، روش متناسب شونده برای تابع دیواره و معادله حالت ردلیچ-کنگ-سو برای توصیف تراکم پذیری گاز استفاده شده است. حرکت پیستون با روش مش متحرک شبیه سازی شده است. نحوه اختلاط گاز و روغن و تغییرات دمایی گاز در طول کورس، از افزایش 50 درجه ای دمای حباب های بزرگ گاز در اثر تراکم خبر می دهد. اما حباب های کوچک با روغن هم دما می شوند. در صورت توصیف فرآیند گاز به صورت پلی تروپیک، در طول جمع شدن ضربه گیر، توان پلی تروپیک فرآیند گاز، تابعیتی درجه 4 از کورس دارد. این توان در ابتدای کورس از مقدار 1.3 به مقدار 1.4 می رسد و با اختلاط دو فاز شروع به کاهش می کند.
    کلیدواژگان: ضربه گیر، تحلیل عددی جریان، دوفازی، مش متحرک
  • سعید خدایگان*، حامد فلاح زاده صفحات 143-152
    به دلیل نیاز به دقت عملکردی بالا در سیستم های مکانیکی دوار در کاربردهای دقیق، بررسی اثرات خطاهای ابعادی و هندسی بر عملکرد نهایی سیستم در مرحله طراحی ضروری است. تحلیل تلرانسی ابزار مفیدی در تخمین اثرات ناشی از خطاها در پارامترهای موثر بر مشخصه های عملکردی یک سیستم مکانیکی می باشد. دقت عملکردی سیستم های دوار دقیق بر خلاف سیستم های مکانیکی غیردوار، علاوه بر خطاهای ابعادی و هندسی مربوط به ساخت اجزا به خطاهای مربوط به انعطاف پذیری،خیز شفت و همچنین به خطای لنگی غیرتکراری وابسته است. در این مقاله، روش جدیدی جهت تحلیل تلرانسی استاتیکی و دینامیکی سیستم های دوار با وجود خطاهای ابعادی و هندسی، اثرات ناشی از انعطاف پذیری و خطای لنگی غیرتکراری بر مبنای مدل ناحیه تلرانسی ارائه می گردد. ابتدا با استفاده از مفهوم درجات آزادی کوچک، خطاهای ابعادی و هندسی و خطای لنگی غیرتکراری در قالب مدل نواحی تلرانسی مدلسازی می گردد. سپس بر اساس استراتژی جدیدی، به منظور مدلسازی نحوه انتشار خطاهای ابعادی و هندسی جهت تحلیل تلرانسی، توابع عملکردی - مونتاژی سیستم دوار در شرایط استاتیکی و دینامیکی استخراج میگردد. مطابق با معادلات عملکردی- مونتاژی استخراجی یک سیستم دوار انعطاف پذیر، تغییرات موقعیت انتهایی شفت و تغییرات فرکانس طبیعی اصلی سیستم به عنوان مشخصه های عملکردی – مونتاژی محاسبه میگردد. به منظور نمایش نحوه پیاده سازی الگوریتم ارائه شده، یک سیستم مکانیکی دوار مورد تحلیل تلرانسی استاتیکی و دینامیکی قرار میگیرد و جهت صحه گذاری، نتایج حاصل از روش پیشنهادی با نتایج شبیه سازی های مونت کارلو مقایسه میشود.
    کلیدواژگان: تحلیل تلرانسی، سیستم های دوار، تلرانس های ابعادی و هندسی، خطاای لنگی غیر تکراری، فرکانس طبیعی، تحلیل حساسیت
  • سعید احمدخواه، رضا حسن زاده پاک رضایی * صفحات 153-163
    تعیین شکل و عمق دقیق ناپیوستگی در قطعات فلزی پیش از رسیدن به مرز فروپاشی آن از جمله مسائل مهم در صنعت می باشد. روش های مبتنی بر منطق فازی به دلیل توانایی بالا در توصیف مسائل پیچیده با ماهیت تجربی، مانند آزمون های غیر مخرب، برای این منظور بکار رفته و نتایج قابل قبولی را بعضا ارائه می کنند. اما قوانین تجربی و همچنین داده های استخراج شده از روش آزمون های غیرمخرب عمدتا دارای عدم قطعیت بالایی بوده و لذا منجر به ناتوانی روش های فازی کلاسیک می گردد که مبتنی بر در نظر گرفتن درجات تعلق دقیق و استفاده از توابع تعلق نوع-1 می باشند. بنابراین قادر به تخمین دقیق عمق ترک ناشناخته نبوده و همچنین در محیط های نویزی عملکرد مطلوبی نخواهند داشت. از این رو در این مقاله از سیستم منطق فازی نوع-2، که قابلیت تخصیص عدم قطعیت به قوانین و توابع عضویت در آن وجود دارد، جهت حل مسئله معکوس تخمین مشخصه عمق ترک استفاده شده است. همچنین در تعیین عمق ترک سطحی در قطعات فلزی از داده های حاصل از اندازه گیری میدان ناشی از جریان متناوب استفاده شده است. در ادامه، نتایج آزمایشگاهی روش پیشنهادی با جدیدترین روش های رایج در شرایط مختلف نویز و شکل های مختلف ترک مورد مقایسه قرار می گیرد. نتایج نشان دهنده برتری روش ارائه شده نسبت به سایر روش ها می باشد.
    کلیدواژگان: آزمون غیر مخرب، اندازه گیری میدان ناشی از جریان متناوب، مسئله معکوس، منطق فازی نوع-2
  • مصطفی نبی پور، سیدعلی اکبر صالحی نیشابوری*، سید حسین مهاجری، امیر رضا زراتی، محمد ضابطیان طرقی صفحات 164-172
    در کانالهای مرکب علاوه بر جریان برشی ناشی از کف (جریان لایه مرزی)، نیروهای دیگری توسط انتقال مومنتم بین کانال اصلی و سیلاب دشت ها (لایه برشی آزاد) نیز ایجاد می شود. به دلیل وقوع چنین انتقال مومنتومی، جریان سه بعدی پیچیده ای در کانال مرکب شکل می گیرد. پژوهش های پیشین نشان داده است که با کاهش عمق جریان در سیلاب دشت بر شدت جریان های ثانویه و بنابراین پیچیدگی های جریان افزوده می شود، که این پیچیدگی ها به خوبی تبیین و توصیف نشده است. به منظور بررسی ساختار جریان آشفته با عمق کم آب در سیلاب دشت، میدان جریان در یک کانال مرکب با دیواره های قائم به روش سرعت سنجی تصویری ذرات اندازه گیری شده است. بررسی نتایج مطالعه حاضر نشان می دهد که حداکثر سرعت طولی در کانال اصلی در زیر تراز سیلاب دشت رخ می دهد. متفاوت با پژوهش های پیشین در کانال مرکب با دیواره میانی مایل که توزیع عمقی شدت های آشفتگی در کانال اصلی دارای دو رفتار متفاوت در دو ناحیه پایین و بالای تراز سیلاب دشت است، در مطالعه حاضر برای پروفیل شدت آشفتگی طولی و تنش برشی رینولدز در عمق، سه رفتار متفاوت (کاهشی و یا افزایشی) و برای شدت آشفتگی قائم چهار رفتار متفاوت مشاهده شد. از تغییرات سرعت برشی بستر در عرض کانال می توان دریافت که سرعت برشی در سیلاب دشت تقریبا ثابت است و با نزدیک شدن به ناحیه اندرکنش افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: کانال مرکب، جریان کم عمق، جریان آشفته، دیواره میانی قائم، سرعت سنجی تصویری ذرات
  • مهدی گنجیانی*، حسین عروجی، مجید صفرآبادی فراهانی صفحات 173-181
    مهم ترین عیبی که در سوراخکاری کامپوزیت ها بوجود می آید جدایش بین لایه ای است که باعث کاهش استحکام قطعه می شود. محققین زیادی روی جدایش بین لایه ای در حین سوراخکاری کامپوزیت ها کار کرده اند و سعی کرده اند با ارائه مدل های تحلیلی، عددی و تجربی آن را فرموله کنند. در مدل های ارائه شده تا به امروز، فقط اثرات مودΙ و ΙΙΙ شکست در نظر گرفته شده است و از اثر مودΙΙ در این مدل ها صرف نظر شده است لذا هدف از این پژوهش بررسی اثر مودΙΙ شکست به روش المان محدود در گسترش ترک های بین لایه ای در حین سوراخکاری چندلایه های کامپوزیتی است. به همین منظور، تحلیل عددی جدایش بین لایه ای در سوراخکاری کامپوزیت تک جهته کربن/اپوکسی با انجام اصلاحاتی روی مدل های عددی قبلی صورت گرفت. روش مورد استفاده جهت تحلیل عددی گسترش ترک و بدست آوردن نرخ آزادسازی انرژی مودΙ و ΙΙ، روش بستن مجازی ترک است. این تحلیل هم برای گسترش ترک زیر جان مته، وقتی که هنوز مته از قطعه کار بیرون نیامده است و هم برای گسترش ترک زیر لبه-های برنده، وقتی که جان مته از قطعه کار بیرون آمده است انجام شد. با بدست آمدن نرخ آزادسازی انرژی مودΙ و ΙΙ و مقایسه آن ها با مقادیر بحرانی، علاوه بر محاسبه نیروی بحرانی که منجر به جدایش بین لایه ای می شود، در مورد اثرگذاری هر کدام از مودها بحث شده است. در پایان مشخص گردید که اثرگذاری مودΙ در تمامی موارد از مودΙΙ بیشتر بوده و مود غالب گسترش ترک، مودΙ است بطوریکه بیش از 95درصد از پارامتر گسترش ترک در معیار توانی، ناشی از نرخ آزادسازی انرژی مودΙ است.
    کلیدواژگان: جدایش بین لایه ای، تحلیل المان محدود، سوراخکاری کامپوزیت، روش بستن مجازی ترک
  • هانیه افتخاری، رضا اسلامی فارسانی *، سید محمدرضا خلیلی، حسین ابراهیم نژاد خالجیری صفحات 182-190
    در این کار تحقیقاتی، رفتار خودترمیمی کامپوزیت زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف توخالی شیشه به عنوان محفظه نگهدارنده عامل ترمیمی بررسی شد. برای انجام این کار، در ابتدا الیاف توخالی شیشه توسط ایجاد خلاء با رزین و هاردنر پر شدند. سپس، الیاف توخالی پر شده در درصدهای حجمی 1، 3 و 5 درصد، در داخل زمینه اپوکسی قرار داده شدند. در گام بعدی، توسط اعمال فشار، تخریب در نمونه های کامپوزیتی ایجاد شد. سپس این نمونه های تخریب شده به مدت 2، 4، 7 و 14 روز برای انجام ترمیم در کامپوزیت در دمای محیط قرار داده شدند. در ادامه برای دستیابی به زمان بهینه ترمیم و درصد بهینه الیاف توخالی در کامپوزیت، این کامپوزیت ها تحت آزمایش خمش قرار گرفتند. در گام آخر، خواص مکانیکی کامپوزیت با درصد تقویت کننده و زمان ترمیم بهینه توسط آزمایش های کشش، خمش و ضربه ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که بهینه ترین درصد الیاف توخالی 3 درصد حجمی و زمان بهینه برای عمل ترمیم 7 روز است. همچنین بازده ترمیم کامپوزیت در شرایط بهینه (3 درصد حجمی الیاف توخالی و زمان ترمیم 7 روز) در آزمایش های کشش، خمش و ضربه به ترتیب حدود 77، 54 و 92 درصد بدست آمد.
    کلیدواژگان: خودترمیمی، الیاف شیشه توخالی، خواص مکانیکی، کامپوزیت زمینه اپوکسی
  • محمود مزارع، پگاه قنبری، محمدقاسم کاظمی، محمد رسول نجفی * صفحات 191-200
    در این مقاله، به طراحی کنترل کننده مود لغزشی تطبیقی بهینه به کمک اگوریتم جسنجوی هارمونی برای ربات متحرک چند جهته پرداخته شده است. ابتدا مدل سازی سینماتیکی انجام و سپس با استفاده از معادلات مومنتوم خطی و زاویه ای، معادلات مدل دینامیکی ربات استخراج شده است. از آنجایی که مدل استخراجی، بیان دقیقی از رفتار ربات همه جهته نیست، مدل دارای عدم قطعیت می باشد. از این رو یک روش برای کنترل ردیابی ربات ارائه شده است. کنترل کننده پیشنهادی، شامل یک مدل دینامیک معکوس تقریبا شناخته شده به عنوان خروجی بخش مدل-مبنای کنترل کننده، ترم تخمینی از عدم قطعیت برای جبران دینامیک مدل نشده، اغتشاشات خارجی، و پارامتر های متغیر با زمان برای بهبود پایداری حلقه-بسته و میزان خطای تخمین عدم قطعیت ها می باشد. در ادامه به منظور مقایسه پاسخ کنترل کننده پیشنهادی، کنترل کننده های خطی سازی پسخور و مود لغزشی بهینه نیز طراحی، سپس یک تابع هزینه به صورت ترکیبی از نرخ سیگنال کنترلی و معیار خطای انتگرالی در نظر گرفته شده که به کمک الگوریتم جستجوی هارمونی مینیمم شده و پارامترهای بهینه کنترلی استخراج شده است. عملکرد کنترل کننده پیشنهادی در شرایط مختلف از جمله در حضور اغتشاش و تغییر پارامترهای سیستم، شبیه سازی و مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: ربات همه جهته متحرک، مدل سازی دینامیکی، کنترل مقاوم تطبیقی، مود لغزشی، الگوریتم جستجوی هارمونی
  • محمد شفیعی علویجه، حسین امیرآبادی * صفحات 201-212
    مهم ترین مشکل در فرآیند لپنکاری، پایین بودن نرخ برداشت ماده است که سبب افزایش هزینه و زمان تولید می گردد. بنابراین در فرآیند لپنکاری، انتخاب شرایطی که بتواند علاوه بر تولید قطعاتی با عدم تختی و زبری سطح موردنیاز، نرخ برداشت ماده بالایی نیز داشته باشد بسیار مهم و ضروری است. در این تحقیق در فرآیند لپنکاری تخت یک طرفه، اثر پارامترهای اندازه ذرات ساینده، درصد وزنی ذرات ساینده در دوغاب لپنکاری و فشار لپنکاری بر نرخ برداشت ماده، عدم تختی و زبری سطح قطعاتی از جنس فولاد 440c به روش تجربی (آزمایشگاهی) مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه توسط شبکه عصبی مصنوعی، اثر پارامترهای مذکور بر نرخ برداشت ماده، عدم تختی و زبری سطح قطعات لپنکاری شده، مدلسازی شده و در نهایت با استفاده از الگوریتم بهینه سازی چندهدفه ازدحام ذرات به بهینه سازی هم زمان نرخ برداشت ماده، زبری سطح و تختی قطعات لپنکاری شده پرداخته و جبهه پارتو مربوطه، بدست آورده شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که با استفاده از الگوریتم بهینه سازی چندهدفه ازدحام ذرات می توان قطعاتی با زبری سطح و تختی مورد نیاز را با نرخ برداشت ماده بالا تولید کرد. درنتیجه با استفاده از این روش علاوه بر ایجاد قطعاتی باکیفیت مطلوب، هزینه و زمان تولید نیز کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: لپنکاری، بهینه سازی چندهدفه ازدحام ذرات، زبری سطح، نرخ برداشت ماده، تختی
  • عباس نیک نژاد *، مجتبی فیروزی، محمد رحیم همتیان، سیما ضیایی صفحات 213-223
    این مقاله، ظرفیت جذب انرژی و نحوه تغییرشکل پلاستیک فرآیند پهن شدگی جانبی یک نوع پروفیل آلومینیومی با سطح مقطع H شکل، تحت بارگذاری فشار جانبی در شرایط شبه استاتیکی را به روش آزمایشگاهی، عددی و تئوری بررسی می کند. نمونه ها با طول متفاوت در سه حالت پرشدگی مختلف شامل، توخالی، هسته پرشده و بطور کامل پرشده توسط فوم پلی یورتان، آماده شده اند. همچنین، نمونه هایی با هندسه و شرایط پرشدگی یکسان با زوایای صفر و 90 درجه تحت فشار جانبی قرار گرفته اند. اثر پارامترهایی مانند طول، سه حالت پرشدگی مختلف و زاویه بارگذاری بر روی نیروی جانبی و جذب انرژی مخصوص، بصورت تجربی بررسی شده اند. نتایج نشان می دهند، جذب انرژی مخصوص، مستقل از طول نمونه ها است. در زاویه بارگذاری 90 درجه، وجود پرکننده باعث افزایش جذب انرژی مخصوص سازه می شود. بهینه ترین شرایط، استفاده از پروفیل کاملا پرشده تحت زاویه بارگذاری 90درجه است. رابطه تئوری جهت تخمین میزان جذب انرژی کل، برای نمونه توخالی تحت زاویه بارگذاری صفر درجه براساس دو مکانیزم مختلف جذب انرژی استخراج و نتایج حاصل با نمونه آزمایشگاهی مقایسه گردید. به علت محدودیت آماده سازی نمونه ها با ابعاد هندسی مختلف از نرم افزار غیرخطی آباکوس استفاده شد. نمونه هایی با ضخامت های مختلف مدلسازی و اثر ضخامت بر جذب انرژی کل بررسی گردید. جذب انرژی کل با توان دوم ضخامت نسبت مستقیم دارد که این موضوع را، رابطه تئوری ارائه شده و نتایج بدست آمده از حل عددی نشان می دهد. مطابقت بسیار خوب نتایج تجربی، عددی و تئوری با درصد خطای بسیار کم، دقت و صحت پژوهش انجام شده را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: بارگذاری جانبی، پروفیل آلومینیومی با سطح مقطع H شکل، پهن شدگی جانبی، فوم پلی یورتان، جذب انرژی مخصوص
  • امیر مصطفی پور، حامد کمالی، محمود مرادی * صفحات 224-230
    در این تحقیق رسوب دهی میله مصرفی از جنس AA7075-T6 بر روی صفحه از جنس AA2024-T351 صورت پذیرفت. جهت بررسی تاثیر پارامترهای فرآیند بر روی خواص مکانیکی و ریزساختار، آزمایشات بر اساس طراحی آزمایش به روش رویه پاسخ (RSM) انجام شد. سرعت دورانی (RPM 1200 تا RPM 1600)، نیروی عمودی (Kg 320 تا Kg 640( و نرخ پیشروی (mm/min 100 تا mm/min 300) بعنوان پارامترهای ورودی و پارامترهای عرض پوشش(w)، ضخامت پوشش (t) و سختی پوشش (HC) به عنوان پاسخ های فرآیند مطرح شدند. نتایج حاکی از آن است که اتصال این دو ماده بدون هیچ گونه تخلخل در فصل مشترک یا محل اتصال دو ماده انجام پذیرفت. سختی پوشش به طور میانگین نسبت به میله مصرفی حدود 30% کمتر شد. با افزایش سرعت دورانی، نرخ پیشروی و نیروی عمودی ضخامت رسوب کاهش یافت. اگر نیروی عمودی بیش از حد زیاد شود باعث به وجود آمدن یک قوس به سمت صفحه در سرتاسر طول رسوب می شود. میکروساختار رسوب در مقایسه با صفحه و میله به صورت ساختاری کاملا همگن و ریز دانه شد.
    کلیدواژگان: پوشش دهی اصطکاکی، آلیاژ آلومینیوم، خواص مکانیکی، میکرو سختی، طراحی آزمایش ها
  • رضا گلداران، محمد علی لطف اللهی یقین*، محمدحسین امین فر، آحمت تورر صفحات 231-240
    عمده ترین نقاط ضعف لوله های بتنی پیش تنیده خوردگی میلگردهای دورپیچ بوده که در صورت عدم تشخیص به موقع موجب خرابی و شکست ناگهانی گشته و خسارت های فاجعه باری را به دنبال خواهد داشت. در حال حاضر این نوع لوله ها در کشور ایران تولید و به کار گرفته می شوند که پدیده شکست ناشی از خوردگی نیز تجربه شده است. در کار آزمایشگاهی حاضر از پایش بوسیله نشر آوایی برای ارزیابی خوردگی استفاده شده است. یک نمونه آزمایشگاهی لوله بتنی پیش تنیده نزدیک به مقیاس واقعی در آزمایشگاه دانشکده سازه دانشگاه میدل ایست ساخته شده و تحت بارگذاری ناشی از فشار آب داخل لوله قرار گرفته سپس خوردگی تسریع شده به نمونه اعمال و سیگنال های فراصوتی حاصله در طول زمان خوردگی با استفاده از حس گرهای پیزوالکتریک ثبت گردیده است. نمونه در طول آزمایش چندین بار تحت تر و خشک شدن قرار گرفته که نرخ فشار داخل لوله به منظور شناسایی خوردگی در حالت های تر و خشک در حال نوسان بوده و اثر کایزر نیز در حالت های مختلف بررسی گردیده است. نتایج آزمایشگاهی حاصله نشان دهنده آن است لحظه ای که در طول زمان خوردگی فشار داخل لوله به بیش از فشار کاری لوله افزایش داده می شود تغییرات قابل توجهی در برخی پارامترهای نشر آوایی به وجود آمده که با استفاده از آن ها می توان پدیده خوردگی و خرابی را شناسایی کرد.
    کلیدواژگان: نشر فراصوتی، لوله پیش تنیده، رفتارسنجی سلامت، خوردگی تسریع شده، شناسایی خرابی
  • مهراد دمیرچلی، سارا میرشکاری، مهدی فکور * صفحات 241-251
    هدف از این مقاله طراحی پنل های خورشیدی یک ماهواره با لحاظ قابلیت اطمینان مناسب است که در مدار ژئو قرار می گیرد. فرآیند طراحی پنل خورشیدی از طریق روش ماتریس ساختار طراحی تعیین می شود. در این راستا با توجه به قیود و الزامات ماموریت ابتدا یک طرح اولیه استخراج می شود و سپس به بهسازی روند طراحی پرداخته می شود و در نهایت یک روند طراحی بهینه ارائه خواهد شد. سطح اول درخت محصول مکانیزم طراحی شده شامل اجزاء رهایش، گسترش، قفل و چرخش پنل است. با توجه به اهمیت اطمینان از عملکرد صحیح مکانیزم ها در فضا، با تشکیل شبکه قابلیت اطمینان پنل طراحی شده، به محاسبه مقدار قابلیت اطمینان طرح اولیه پرداخته می شود. با توجه به بودجه قابلیت اطمینان تعیین شده از طرف بخش مهندسی سیستم، نحوه توزیع قابلیت اطمینان در میان اجزاء مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد. بدین ترتیب قابلیت اطمینان مورد نظر به هر بخش از مکانیزم اختصاص داده خواهد شد و در صدد ارضای آن، در طراحی تغییراتی اعمال خواهد شد. در این راستا مسیرهای بحرانی که منجر به کاهش قابلیت اطمینان می شود را بررسی کرده و در جهت بهسازی مسیر بحرانی و در انتها افزایش قابلیت اطمینان با استفاده از اجزای افزونه، اقدام خواهد شد.
    کلیدواژگان: ماهواره ژئو، پنل خورشیدی، ماتریس ساختار طراحی، قابلیت اطمینان، عضو افزونه
  • حامد ادیبی *، ابراهیم یارعلی، امیرحسین رمضان شمس صفحات 252-258
    در این پژوهش، هدف، طراحی و ساخت یک نمونه دمپر دومخزنه مگنتورئولوژیکال (ام آر)، حاوی ذرات میکرونی آهن کربونیل و نانو ذرات پایدارکننده سیلیس می باشد، که در ابتدا سیال مگنتورئولوژیک، بر حسب نیاز، طراحی و ساخته شد، سپس تست های پایداری و مگنتورئومتری در حالت برشی، روی آن انجام شد که نتایج تست پایداری نشان می دهد که پس از ده روز، مقدار ته نشینی سیال ام آر ساخته شده، 15 درصد و ماکزیمم تنش برشی در ماکزیمم میدان مغناطیسی، حدود 20kpa است که مطلوب می باشد، سپس بخش مغناطیسی پژوهش، با استفاده از روابط موجود و نرم افزار مکسول انجام شد، در انتها با استفاده از این داده های موجود، ابعاد هندسی دمپر ام آر، طراحی و ساخته شد، دمپر موردنظر، از نوع دمپر دو مخزنه، و در مد ترکیبی از مد برشی و شیری می باشد. پس از ساخت دمپر موردنظر، توسط دستگاه تست دمپینگ، تست دمپینگ روی دمپر مورد نظر انجام شد که با توجه به گراف های دریافتی از تست، در جریان های 0، 1و 2 آمپر و سرعت 0.05m/s مقدار نیروی دمپینگ نسبت به حالت جریان صفر (دمپر معمولی)، در بیشترین شدت میدان مغناطیسی (H_mr)، پنج برابر شده است که این تغییرات نیرو، همان کاربرد اصلی دمپر ام آر می باشد.
    کلیدواژگان: سیال مگنتورئولوژیک، دمپر هوشمند، دمپر مگنتورئولوژیک، آهن کربونیل، نانو پودر سیلیکون
  • فاطمه ذکایی، حمید صادقیان*، شهرام هادیان جزی صفحات 259-266
    این مقاله فرمولاسیون جدیدی برای کنترل فضای وظیفه، با حضور قید مرکز حرکت متحرک (RCM)، در جراحی های کم تهاجمی ریاتیکی ارائه می دهد. در جراحی های کم تهاجمی در نقطه ورود ابزار جراحی به داخل بدن (نقطه تروکار)، حرکت جانبی در سطح بدن وجود ندارد و ابزار جراحی تنها می توانند در داخل بدن نفوذ نمایند یا حول محور خود چرخش نمایند. به منظور جلوگیری از آسیب به بافت بدن، در روش های کنترل فعال RCM، با اعمال قانون کنترلی مناسب از حرکت جانبی در نقطه ورود به بدن جلوگیری شود. قانون کنترلی استخراج شده در این مقاله، با در نظر گرفتن قید RCM در سینماتیک ربات، فضای وظیفه در سطح سینماتیک را به گونه ای کنترل می کند که خطای فضای وظیفه به طور نمایی به صفر همگرا شود و از عدم ایجاد حرکت جانبی در نقطه تروکار اطمینان حاصل کند. بعلاوه، از فضای پوچ ربات به منظور بهینه سازی عملکرد ربات در دو بخش استفاده شده است که می توان محدوده موقعیت RCM را کنترل کرد و معیار ماهریت ربات را بهینه ساخت. در ادامه، روش پیشنهادی در این مقاله با یکی از روش های رایج در منابع، مقایسه شده است. به منظور ارزیابی فرمولاسیون ارائه شده، یک ربات صفحه‏ای 5 درجه آزادی همراه قید نقطه تروکار شبیه سازی شده و نتایج مقاله مورد تصدیق قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: جراحی کم تهاجمی رباتیکی، جراحی کم تهاجمی، مرکز حرکت متحرک، سینماتیک ربات، ماتریس ژاکوبین مقید
  • هادی صفایی، محسن دوازده امامی* صفحات 267-278
    در تحقیق حاضر برخورد یک قطره توخالی ZrO2 در حالت کاملا مذاب و نیمه مذاب به سطح، بصورت عددی شبیه سازی شده است. در ابتدا با ارائه یک مدل تحلیلی، تولید ذره توخالی از ذره آگلوموره بررسی شده است. با کمک این مدل می توان قطر ذره، قطر هسته جامد و ضخامت پوسته ذره توخالی تولیده شده را پیش بینی کرد. نتایج این بخش نشان می دهد در مقادیر تخلخل اولیه کم (p = 0.2) ذره توخالی بوجود نمی آید. در ادامه، از داده های مدل تحلیلی به عنوان داده های ورودی برای شبیه سازی عددی استفاده شده است. در مدل عددی، هسته جامد مرکزی بصورت یک سیال با ویسکوزیته بالا در نظر گرفته شده است. با توجه به وجود گاز محبوس در قطره توخالی، تغییرات چگالی و حجم گازدر حین برخورد به سطح بسیار مهم می شوند. ازاینرو شکل تراکم پذیر معادلات حاکم استفاده شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که هیدرودینامیک و زمان انجماد برخورد یک قطره توخالی کاملا مذاب به سطح، با برخورد قطره توخالی نیمه مذاب به سطح، تفاوت دارد. وجود هسته جامد مرکزی در حالت قطره نیمه مذاب، مانع از تشکیل جت ناهمسو می شود. به همین دلیل، یک قطره توخالی نیمه مذاب، سریعتر از یک قطره توخالی کاملا مذاب، منجمد می شود. زمان کلی انجماد در حالت کاملا مذاب، 35 μs و در حالت نیمه مذاب، 12 μs است. .همچنین اسپلت حاصل برخورد یک قطره نیمه مذاب، پیوسته تر از اسپلت یک قطره کاملا مذاب است.
    کلیدواژگان: قطره نیمه مذاب، مدل کسر حجمی سیال، جریان تراکم پذیر، انجماد
  • محمد جواد محمدی، مهیار نراقی*، علی طهرانی صفا، فرزاد توحیدخواد صفحات 279-290
    گام زنی چرخه ای غیرفعال عبارت است از طی کردن مسیری سرازیری با شیبی ثابت، بدون تزریق انرژی و کنترل، در قالبی متناوب. ویژگی تناوبی در این نوع گام زنی با جبران انرژی تلف شده حین هر برخورد پا با زمین توسط جاذبه شکل می گیرد. عمده مزیت این نوع گام زنی، مصرف انرژی بسیار پایین آن است، به گونه ای که محققین را به بسط مطالعات، به منظور گام زنی در سطوح بدون شیب با تزریق مقدار ناچیز انرژی (در عوض اثر جاذبه) سوق داده است. دیدگاه حاکم بر این پژوهش نشات گرفته از ایدهی اخیر بوده و با تحریک ضربه ای از ناحیه ی پاشنه در ابتدای هر گام و مدل سازی آن، نسبت به شبیه سازی یک نمونه ی دو بعدی در سطحی بدون شیب اقدام شده است. در این راستا تاثیر تغییرات پارامترهای طراحی از قبیل مکان تعبیه ی عملگر بر روی پا و شکل کف پا، بر روی مولفه های پایداری (مبتنی بر اندازه ی حوزه ی جذب) و طول گام شناسایی شده است. با اعمال مقادیر مختلف ضربه، نتایج به دست آمده در این پژوهش حکایت از طول گام و پایداری نسبی بالاتر، با انتخاب شکل متقارن کف پا و شعاع بیشتر آن دارد.
    کلیدواژگان: راه رونده ی تناوبی، تحریک ضربه ای، حوزه ی جذب، طول گام، دوشاخگی
  • رضا نوری، مهرداد رئیسی دهکردی * صفحات 291-300
    وجود عدم قطعیت در نتایج تجربی معمولا به صورت نوار خطا به مقادیر تجربی در منحنی ها اضافه میگردد. از آنجا که بخش عمده ای از تفاوت میان نتایج تجربی و عددی، ناشی از وجود عدم قطعیت در پارامترهای ورودی حل عددی است، مقایسه نتایج تجربی و عددی با در نظرگرفتن اثر پارامترهای غیرقطعی معنیدارتر است. جریان الکترواسموتیک ازجمله مواردی است که وجود پارامترهای غیرقطعی موثر، بررسی وجود عدم قطعیت را در نتایج شبیه سازی آن ضروری مینماید. در این مطالعه، تحلیل عدم قطعیت جریان الکترواسموتیک در یک میکروکانال تیشکل ارائه شده است. پیش از تحلیل عدم قطعیت، نتایج شبیه سازی عددی با در نظر گرفتن پارامترهای ورودی قطعی با داده های تجربی مقایسه شده و اعتبارسنجی شبیه سازی عددی صورت گرفته است. در مرحله ی اول تحلیل عدم قطعیت، نمونه برداری به روش ابرمکعب لاتین از پارامترهای غیرقطعی انجام شده است. در مرحله ی بعدی، معادلات جریان الکترواسموتیک برای هر نمونه به روش المان محدود حل شده است. دبی جرمی و میدان سرعت به عنوان توابع هدف انتخاب گردیده و به منظور محاسبه ی مشتق توابع هدف از روش الحاقی استفاده شده است. در مرحله پایانی، عدم قطعیت در توابع هدف به روش مونت کارلو بهبودیافته تعیین شده است. نتایج حاصل از روش الحاقی نشان میدهند که پارامترهای هندسی و لزجت سیال بیشترین و چگالی سیال و دما کمترین تاثیر را بر روی توابع هدف میگذارند. همچنین نتایج شبیه سازی مونت کارلو وجود عدم قطعیت به میزان 22.4% در نتایج دبی جرمی و عدم قطعیت 12.6% به صورت میانگین در میدان سرعت را نشان میدهند.
    کلیدواژگان: جریان الکترواسموتیک، روش الحاقی، تعیین عدم قطعیت، روش منتکارلو بهبود یافته، آنالیز حساسیت
  • محمد پورجعفرقلی، قنبرعلی شیخ زاده، رضا مداحیان* صفحات 301-312
    در کار حاضر، شبیه سازی عددی جریان مافوق صوت، پایدار و تراکم پذیر هوا در یک ژنراتور هیدرودینامیک مغناطیسی (ام.اچ.دی) مورد مطالعه قرار گرفته است. این جریان بصورت ایده آل با عدد رینولدز مغناطیسی پائین در نظر گرفته شده است. یک کانال دو بعدی با چهار جفت الکترود و هندسه ها و شرایط مرزی مختلف به عنوان مدل ژنراتور ام.اچ.دی فارادی مورد بررسی قرار گرفته است. مدل محاسباتی متشکل از معادلات ناویر استوکس کوپل شده با جملات چشمه الکترومغناطیسی، معادلات ماکسول و قانون اهم می باشد. برای حل معادلات ناویر استوکس از حل کننده بر پایه چگالی به صورت ضمنی و برای حل معادله پواسون، از روش پتانسیل الکتریکی استفاده شده است. ابتدا شرایط مرزی دما ثابت و شار حرارتی ثابت با هم مقایسه شده و با توجه به گرمایش ژول کمتر و تولید توان الکتریکی بالاتر، شرط مرزی شار حرارتی ثابت برای ادامه کار انتخاب شده است. سپس اثر شکل هندسی کانال های ام.اچ.دی با سطح مقطع ثابت، واگرا، همگرا و ترکیبی واگرا-ثابت بر راندمان و توان الکتریکی خروجی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که توان و راندمان الکتریکی در کانال ترکیبی واگرا-ثابت نسبت به سایر هندسه ها بالاتر بوده و گرمایش ژول کمتری دارد. با توجه به گرمایش ژول ناشی از اعمال میدان مغناطیسی و اهمیت خنک کاری موتور، استفاده از گاز عامل دیگری مانند کریپتون نیز مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: ژنراتور ام.اچ.دی، معادلات ماکسول، گرمایش ژول
  • محمد میر، هادی صبوری * صفحات 313-322
    در این پژوهش، به منظور بررسی تخریب پیشرونده در چند لایه های کامپوزیتی از روش المان محدود استفاده شده است. روابط حاکم بر تخریب پیش رونده در میدان تنش و کرنش سه بعدی بر اساس مدل های شروع تخریب هاشین و گسترش خرابی ماتزنمیلر، نوشته شده و بر اساس آن، یک مدل مادی در نرم افزار ال اس- داینا تهیه گردیده است. این مدل مادی، توانایی شبیه سازی مودهای مختلف تخریب از جمله خرابی الیاف در کشش یا فشار، تخریب برشی داخل صفحه، له شدگی و لایه شدگی را دارا می باشد. با استفاده از مدل مادی تهیه شده، ضربه پرسرعت روی چندلایه های بافته شده، مورد تحلیل قرار گرفته است. الگوی تخریب، سرعت حد بالستیک، رشد پارامتر تخریب در مودهای مختلف خرابی، وقوع چند مود تخریب در یک المان و کاهش مدول ماده کامپوزیتی و نرم شوندگی آن بر حسب زمان برخورد، تحلیل گردیده است. همچنین ضمن بررسی اثر ضربه بر میزان رشد خرابی نقاط نزدیک به میدان و دور از میدان، تخریب کلی و یا جزئی در نقاط مختلف ماده کامپوزیتی، مورد مطالعه قرار گرفته است. بر مبنای نتایج به دست آمده، تعداد لایه های صفحه کامپوزیتی و ضخامت آن، عامل مهمی در چگونگی پاسخ ها می باشد. همچنین مشاهده شد که یک المان مادی در حال تخریب، ممکن است با رشد پارامتر تخریب، دچار تغییر مود خرابی گردد.
    کلیدواژگان: تخریب پیشرونده، مود غالب تخریب، وقوع چند مود تخریب، تغییر مود تخریب، ضربه پرسرعت
  • بهزاد بینش*، مهرداد آقایی خفری، محمد دانشی صفحات 323-332
    در این پژوهش، تغییر شکل پلاستیک شدید آلیاژ آلومینیوم 7075 با استفاده از یک فرایند جدید و بر اساس ترکیب فرایندهای مرسوم پرس و اکستروژن مستقیم بررسی شد. در این فرایند که تحت عنوان پرس- اکستروژن مکرر نامیده می شود، نمونه های استوانه ای ابتدا تحت فرایند پرس و سپس اکستروژن در دمای 250 °C به تعداد سیکل-های مختلف قرار گرفتند. طراحی قالب با در نظر گرفتن امکان انجام هر دو فرایند پرس و اکستروژن توسط یک قالب صورت پذیرفت و فرایند به طور موفقیت آمیز به تعداد حداکثر چهار سیکل بر روی نمونه ها آزمایش شد. از روش المان محدود به منظور شبیه سازی رفتار تغییر شکل آلیاژ در حین فرایند پرس- اکستروژن مکرر استفاده شد و توزیع کرنش برای نمونه های تغییر شکل بدست آمد. نتایج شبیه سازی المان محدود مطابقت نسبتا خوبی با نتایج مشاهدات ریزساختاری نشان داد. با توجه به نتایج شبیه سازی، بیشترین میزان کرنش موثر مربوط به ناحیه مرکزی نمونه ها می باشد. رفتار تغییر شکل و الگوی سیلان نمونه ها درحین فرایند پرس- اکستروژن مکرر بر اساس نتایج تجربی و شبیه سازی بحث شد. علاوه بر این، تاثیر میزان کرنش اعمالی بر خواص مکانیکی نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت. استحکام کششی و درصد ازدیاد طول نمونه های تغییر شکل یافته با افزایش تعداد سیکل فرایند پرس- اکستروژن مکرر افزایش پیدا کرد.
    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک شدید، مواد فوق ریزدانه، پرس- اکستروژن مکرر، خواص مکانیکی
  • معین دعاخوان، منصور کبگانیان*، رضا ندافی، علی کمالی ایگلی صفحات 333-342
    کنترل حالت لغزشی یکی از متداول ترین انواع روش های کنترل مقاوم است که قابلیت جبران عدم قطعیت در مدل و پارامترهای یک سیستم را دارا می باشد؛ اما مهمترین عیب این روش وجود پدیده چترینگ یا نوسان ورودی کنترلی است. اگرچه با تعریف یک لایه مرزی در اطراف سطح لغزش می توان از نوسان ورودی کنترلی جلوگیری نمود اما از طرفی دیگر این امر سبب کاهش قوام این کنترلر در برابر عدم قطعیت ها خواهد شد. به همین منظور نسل جدیدی از کنترلرهای حالت لغزشی با مرتبه بالاتر مانند کنترل حالت لغزشی با پیچش فوق العاده پیشنهاد می شوند که قانون کنترل آنها ذاتا و بدون تعریف لایه مرزی سعی در کاهش پدیده چترینگ دارد؛ درحالی که قوام کنترل های حالت لغزشی سنتی را حفظ می کند. در این مقاله ابتدا با استفاده از الگوریتم بهینه سازی کرم شب تاب و توابع چندجمله ای، مسیر پروازی کوادروتور در محیطی با موانع معین و ثابت طراحی شده و سپس به منظور تعقیب مسیر پروازی در حضور عدم قطعیت در پارامترها و ساختار مدل، کنترلر حالت لغزشی با پیچش فوق العاده طراحی خواهد شد و عملکرد این کنترلر با روش های فیدبک خطی ساز و حالت لغزشی سنتی مورد مقایسه قرار می گیرد. همچنین در طول روند پایدارسازی و کنترل، به منظور محاسبه مشتقات برخی از حالت ها و متغیرهای سیستم که امکان محاسبه آنها از طریق سنسورها وجود ندارد، از مشاهده گر و مشتق گیر بر پایه کنترل حالت لغزشی با پیچش فوق العاده استفاده می شود.
    کلیدواژگان: کوادروتور، الگوریتم کرم شب تاب، کنترل حالت لغزشی با پیچش فوق العاده، مشاهده گر
  • سعید احمدی فرد، امیر مومنی* صفحات 343-350
    در این پژوهش نانو کامپوزیت آلومینیم 2024 و ذرات کاربید بور با میانگین اندازه 60 نانومتر توسط فرآوری اصطکاکی اغتشاشی تولید و ریزساختار و خواص مکانیکی و خوردگی آن بررسی شد. جهت تعیین شرایط بهینه و حصول نمونه بدون عیب، عملیات اصطکاکی اغتشاشی با سرعت های دورانی مختلف در سرعت پیشروی ثابت 25 میلیمتر بر دقیقه روی نمونه های بدون پودر انجام شد. بر اساس این بررسی ها نمونه بهینه در سرعت دورانی 850 دور بر دقیقه و پیشروی 25 میلیمتر بر دقیقه به دست آمد. برای بررسی ریز ساختار از میکروسکوپ نوری و الکترونی استفاده شد. نتایج نشان داد که با اضافه کردن ذرات تقویت کننده و تعداد پاس ها میانگین اندازه دانه در ناحیه اغتشاشی کاهش پیدا می کند. همچنین توزیع یکنواختی از ذرات تقویت کننده پس از 4 پاس عملیات به دست آمد. برای بررسی خواص مکانیکی آزمون های میکروسختی و سایش انجام شدند. در تطابق با مشاهدات ریزساختاری، بالاترین سختی و مقاومت در برابر سایش در نمونه چهار پاسه مشاهده شد. بهبود در خواص مکانیکی با افزایش تعداد پاس ها به ریزتر شدن ساختار و توزیع همگن ذرات تقویت کننده نسبت داده شد. در مقابل مشاهده شد که در نمونه بدون ذرات تقویت کننده سختی پس از یک پاس عملیات نسبت به سختی اولیه کاهش پیدا کرد. این مساله به انحلال رسوب های موجود در فلز پایه به علت دمای بالای عملیات نسبت داده شدند. همچنین نتایج آزمون الکتروشیمیایی نشان داد که رفتار خوردگی نمونه ها با اضافه کردن ذرات تقویت کننده و افزایش تعداد پاس بهبود پیدا می کند.
    کلیدواژگان: آلومینیم 2024، نانو کامپوزیت، فرآوری اصطکاکی اغتشاشی، کاربید بور، خواص مکانیکی
  • امیر حسین اسکندری، مصطفی باغانی*، مجید بنی اسدی صفحات 351-359
    در این مقاله با استفاده از یک مدل ساختاری ترمومکانیکی برای پلیمرهای حافظه دار، یک المان تیر از جنس پلیمر حافظه دار با فرضیات سینماتیکی تیموشنکو ارائه شده است. نیاز به المان تیر تیموشنکو از آن جایی پررنگ تر می شود، که با توجه به سفتی نسبتا پایین پلیمرهای حافظه دار، بایستی از تیرهای نسبتا ضخیم در فرآیند طراحی این سازه های هوشمند بهره برد. در فرآیندهای طراحی و بهینه سازی این سازه ها که نیازمند تعداد دفعات تحلیل متعدد می باشد، نمی توان به تحلیل های سه بعدی که به مقدار قابل توجهی زمان بر هستند تکیه کرد. به منظور صحه گذاری فرمولبندی استخراج شده، نتایج عددی این مدل سازی با نتایج مدل سازی سه بعدی اجزا محدود که توسط همین نویسندگان قبلا منتشر شده است، مقایسه شده و بر این اساس، اثر پارامترهای مختلف ماده و بارگذاری شامل کسر حجمی بخش سخت، تاثیر اعمال نیروی مکانیکی در مرحله گرم کردن و ضریب ویسکوزیته فاز لاستیکی و غیره بر روی رفتار ترمومکانیکی یک تیر I-شکل کوتاه مورد بررسی قرار گرفته است. به عنوان نمونه حداکثر خطای خیز تیر در یکی از مثال های حل شده، برای تیر اویلر-برنولی 7.3 درصد و برای تیر تیموشنکو 1.5 درصد نسبت به حل سه بعدی می باشد. بدیهی است هر چه ضخامت تیر بیشتر و یا تیر کوتاه تر باشد، خطای تیر اویلر-برنولی بیشتر خواهد بود. المان تیر ارائه شده در این مقاله می تواند جایگزینی سریع و قابل اعتماد برای مدل سازی های سه بعدی با هزینه محاسباتی و پیچیدگی زیاد، به منظور شبیه سازی سازه های تقویت شده با پلیمرهای حافظه دار و همچنین بررسی اثر تغییر پارامترهای هندسی و مادی این سازه ها، باشد.
    کلیدواژگان: پلیمر حافظه دار، تیر تیموشنکو، المان محدود
  • سیمین دخت صائمی، مهرداد رئیسی*، میشل سروانتس، احمد نوربخش صفحات 360-368
    روش فشار-زمان یک روش اندازه گیری دبی است که در نیروگاه های برق آبی و به منظور یافتن کارایی هیدرولیکی توربین مورد استفاده قرار می گیرد. در ارزیابی این روش از شبیه سازی عددی به صورت یک بعدی و با کمک روش حجم محدود استفاده شده و نتایج به دست آمده با داده های تجربی مقایسه گردیده است. بدین منظور جریان در داخل یک لوله مستقیم در عدد رینولدز Re=6.76×〖10〗^6 شبیه سازی شده و در مدلسازی جریان غیردائم از کاهش دبی استفاده شده است. پارامترهای موثر بر اندازه گیری دبی شامل افت های اصطکاکی و زمان نهایی بسته شدن شیر به صورت کامل مورد بررسی قرار گرفته اند. از آنجا که فرضیات و معادلات مختلفی برای محاسبه ضریب اصطکاک در جریان ناپایدار ارائه گردیده است و در عین حال افزایش دقت محاسبه افت اصطکاکی در اندازه گیری دبی با دقت بالا حائز اهمیت می باشد در این مقاله عملکرد تعدادی از روابط ارائه شده در محاسبه افت اصطکاکی و در نهایت تاثیر آن در دقت دبی اندازه گیری شده مورد بررسی قرار گرفته است. در بررسی مدل های ارائه شده، مدل اصطکاکی پزینگا عملکرد مناسبی را در محاسبه دبی نشان داد. روش های موجود در محاسبه زمان نهایی انتگرا ل گیری همچنان خطای بالایی را نشان می دهند، بدین منظور روش جدیدی ارائه شده که نیاز به دانستن زمان دقیق بسته شدن شیر را برطرف می نماید و دبی را با دقت قابل قبولی تخمین می زند.
    کلیدواژگان: محاسبات افت اصطکاکی، روش فشار-زمان، زمان نهایی انتگرال گیری، تحلیل غیردائم، محاسبه دبی حجمی
  • مهدی عبدالهی آذغان، رضا اسلامی فارسانی * صفحات 369-376
    در تحقیق حاضر، تاثیر سیکل حرارتی بر خواص خمشی کامپوزیت لایه ای الیاف- فلز مورد ارزیابی قرار گرفت. صفحات کامپوزیت لایه ای الیاف- فلز از دو لایه آلومینیوم 2024 و لایه ی کامپوزیت زمینه اپوکسی متشکل از 4 لایه الیاف بازالت ساخته شده بود. برای کامپوزیت ها هر سیکل حرارتی در مدت زمان 6 دقیقه بین دمای ° C 115-25 انجام شد. خواص خمشی نمونه ها بعد از 20، 35 و 55 سیکل حرارتی مورد ارزیابی قرار گرفت و با خواص خمشی نمونه های بدون سیکل حرارتی مقایسه شد. سیکل حرارتی، استحکام خمشی کامپوزیت با آلومینیوم اصلاح سطحی شده به روش شیمیایی (حکاکی شده) را کاهش داد، در حالی که برای کامپوزیت های با آلومینیوم اصلاح سطحی شده به روش الکتروشیمیایی (آندایز شده)، استحکام خمشی در اثر سیکل حرارتی ابتدا افزایش یافته و سپس کاهش یافت. مدول خمشی برای هر دو نوع کامپوزیت مذکور تغییرات نامنظمی نشان داد. انرژی شکست کامپوزیت با آلومینیوم حکاکی شده با افزایش سیکل حرارتی افت شدیدی را نشان داد، اما برای کامپوزیت با آلومینیوم آندایز شده، تغییرات انرژی شکست کم و نامنظم بود. بررسی میکروسکوپ نوری نیز نشان داد که برای کامپوزیت با آلومینیوم حکاکی شده بعد از سیکل حرارتی، مکانیزم شکست از شکست کامپوزیت به جدایش بین لایه های کامپوزیت تغییر کرد، در حالی که برای کامپوزیت های با آلومینیوم آندایز شده، این مکانیزم، شکست کامپوزیت بوده و با انجام سیکل حرارتی تغییری نکرد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت لایه ای الیاف- فلز، سیکل حرارتی، الیاف بازالت، اصلاح سطحی، خواص خمشی
  • امیر فرهنگ ستوده *، مهرانگیز قاضی، مجید عمید پور صفحات 377-387
    ارزیابی و طراحی مبدل های حرارتی سه جریانی برخلاف انواع دوجریانی آن دارای پیچیدگی بسیار زیادتری بوده و هنوز روش جامع و بالغی به این منظور ارایه نشده است. در این مقاله یک روش جدید به منظور ارزیابی مبدل های حرارتی سه جریانی صفحه ای – فین دار با فین های مستطیلی ارایه می گردد. منظور از ارزیابی یک مبدل حرارتی، محاسبه بارحرارتی آن مبدل حرارتی یا به عبارتی دیگر محاسبه دمای خروجی هر جریان و نیز محاسبه افت فشار هر یک از جریان ها می باشد. به همین منظور در این مقاله، معادلات دیفرانسیل بقای انرژی و انتقال حرارت مربوط به هر جریان در حالت کلی استخراج و یک دستگاه معادله دیفرانسیل بر حسب دماهای خروجی تشکیل شده و سپس جواب عمومی برای حصول مقدار دمای خروجی هر جریان استحصال می گردد. از طرفی به منظور بسط این جواب عمومی به مبدل های حرارتی سه جریانی صفحه ای – فین دار، مدل سازی هندسی، حرارتی و هیدرولیکی این نوع از مبدل های حرارتی با استفاده از پارامترهای هندسی فین های موجود – که در این مقاله بدون از دست دادن کلیت مساله فین های مستطیلی انتخاب شده است – انجام می گیرد. بر اساس معادلات حاصل، الگوریتم کلی ارزیابی یک مبدل حرارتی صفحه ای – فین دار سه جریانی با جزییات ارایه می گردد. به منظور بررسی روش و الگوریتم ارایه شده، از یک مطالعه موردی استفاده و نتایج آن بیان شده است. به منظور بررسی تاثیر پارامترهای هندسی فین‏ها نظیر ارتفاع و فرکانس فین بر بار حرارتی مبدل حرارتی و مقدار افت فشار جریان ها، یک مطالعه پارامتری روی مطالعه موردی مذکور انجام گرفته و نتایج حاصل ارایه شده است.
    کلیدواژگان: مبدل حرارتی صفحه ای فین دار سه جریانی، ارزیابی، مطالعه پارامتری، مدل سازی حرارتی، افت فشار، فین مستطیلی
  • محمدحسین خالصی، حسن سالاریه*، محمود سعادت فومنی صفحات 388-398
    با توجه به قابلیت های متعدد و کاربردهای روزافزون تجاری و نظامی هلیکوپترهای رادیو کنترل، مطالعات فراوانی بر روی این وسایل پرنده بدون سرنشین در حال انجام است. با توجه به سیستم دینامیکی غیرخطی، پیچیده، ناپایدار و کوپل شده و همچنین محدودیت های موجود در کنترل و هدایت دستی، توانایی کنترل خودکار این وسایل از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله ضمن بررسی روش های مختلف مدلسازی دینامیکی هلیکوپترهای بدون سرنشین، یک محیط شبیه ساز چندسطحی برای تحلیل عملکرد پرواز و بررسی اثرات پارامترهای مختلف، طراحی و پیاده سازی شده است. اهمیت و نوآوری اصلی شبیه ساز ایجاد شده، امکان شبیه سازی دینامیکی پرواز هلیکوپتر با استفاده از تئوری های مختلف برای کاربردهایی نظیر طراحی سیستم کنترلی، بررسی عملکرد آن و شبیه سازی واقعی پرواز است. تفاوت اصلی مدلسازی های مختلف در تئوری و فرضیات به کار رفته در مدلسازی مجموعه روتور و دینامیک فلپینگ آن می باشد. برای هر سطح، طراحی فیلتر کالمن و سیستم کنترلی انجام گرفته و نتایج اولیه نشان دهنده عملکرد قابل قبول تخمین گر و کنترلر است. با توجه به چندسطحی بودن شبیه ساز و پیچیدگی بیشتر رفتار واقعی هلیکوپتر بدون سرنشین نسبت به مدلسازی های انجام شده، می توان از این شبیه ساز به عنوان راه حل بهتر برای مرحله مقدماتی قبل از انجام تست های پرواز واقعی بهره برد.
    کلیدواژگان: شبیه ساز پرواز، مدلسازی دینامیکی، بالگرد بدون سرنشین، دینامیک فلپینگ
  • علی قلی زاده، نعیم اکبری شاه خسروی، رضا محمدی، مهدی احمدی نجف آبادی*، حسین حیدری صفحات 399-405
    چند لایه های کامپوزیتی، به دلیل داشتن خواصی مانند استحکام مکانیکی خوب و وزن کم، امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. یکی از راه های مونتاژ این قطعات، اتصال مکانیکی می‫باشد که نیاز به ایجاد سوراخ در قطعه توسط مته می‫باشد. سوراخ‫کاری باعث به وجود آمدن خرابی هایی از قبیل جدایش بین لای های، انقباض سوراخ، بیرون کشیدگی الیاف و آسیب‫های حرارتی در قطعه ‫می‫شود. این خرابی های ایجاد شده باعث کاهش استحکام قطعه به خصوص در بارگذاری خستگی می‫شود. استفاده از نانولوله های کربنی، باعث بهبود خواص مکانیکی سازه از قبیل سختی، استحکام، مدول یانگ و چقرمگی، می‫شود. در پژوهش حاضر، به بررسی اثر مقدار درصد وزنی نانو لوله های کربنی افزوده شده در عمر نمونه های سوراخ‫دار از جنس کامپوزیت شیشه/ اپوکسی تحت بارگذاری خستگی کشش کشش، پرداخته شده است. به همین منظور، نمونه هایی با درصد‫های وزنی مختلف نانولوله های کربنی ساخته شد و سپس توسط مته، با شرایط یکسان سوراخ‫ شد. این نمونه ها توسط دستگاه، تحت بارگذاری خستگی کششی قرار گرفت. به منظور صحه گذاری بر نتایج بدست آمده، از سنسورهای نشر آوایی و همچنین دوربین میکروسکوپی نیز استفاده شد. در کل زمان بارگذاری، سنسور نشر آوایی نیز سیگنال‫های صوتی را ثبت کردند. نتایج بدست آمده نشان می‫دهد که با افزایش مقدار نانو لوله های کربنی افزوده شده، عمری که نمونه ها تحت بارگذاری با شرایط یکسان می‫توانند تحمل کنند نیز افزایش می‫یابد.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
    کلیدواژگان: چند لایه کامپوزیتی، نانولوله کربن، سوراخ‫کاری‫، بارگذاری خستگی
  • میرمحمد موسوی نسب، حمید فتوحی، رضا محمدی، مهدی احمدی نجف آبادی، حسین حسینی تودشکی صفحات 406-412
    یک سازه در طول دوره عمر خود تحت بارهای استاتیکی و دینامیکی زیادی قرار می گیرد، که باعث صدمه و یا تضعیف سازه می شوند. امروزه به منظور ترمیم نواحی صدمه دیده از وصله های کامپوزیتی استفاده می شود. چند لایه های کامپوزیتی دارای خصوصیات منحصر بفردی از جمله نسبت استحکام به وزن بالا و مقاوم در برابر خوردگی می باشند. در سازه های ترمیم شده با چند لایه های کامپوزیتی در حین بارگذاری انواع خرابی های مختلف بوجود می آید، که عبارتند از: شکستگی الیاف، شکستگی ماتریس، جدایش الیاف از ماتریس و شکست سازه فلزی. پژوهش حاضر به بررسی مکانیزم های خرابی ورق آلومینیومی 2024-T3 ترک دار ترمیم شده با کامپوزیت شیشه/ اپوکسی به روش آکوستیک امیشن می پردازد. بدین منظور نمونه های آزمایش با لایه چینی های مختلف ساخته شده و تحت بارگذاری شبه استاتیکی کششی قرار گرفتند و همزمان سنسورهای آکوستیک امیشن به منظور داده برداری بر روی نمونه ها نصب شدند. ابتدا داده های مکانیکی نمونه ها حاصل از تست شبه استاتیکی در حالت های مختلف بر اساس تعداد لایه چینی وصله های کامپوزیتی تحلیل شد. سپس داده های آکوستیکی با داده های مکانیکی مقایسه شد. همچنین از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی حاصل از سطوح شکست نمونه ها برای صحه گذاری استفاده شد. نتایج بدست آمده از این پژوهش نشان می دهد که وصله 4 لایه نسبت به وصله 8 لایه و 12 لایه استحکام کششی و کرنش شکست بیشتری دارد. همچنین تطابق قابل قبول بین نتایج حاصل از داده های مکانیکی و آکوستیکی است. همچنین عملکرد مطلوب روش آکوستیک امیشن را در تعیین لحظه خرابی در نمونه ترمیم شده با وصله کامپوزیتی نیز نشان میدهد.
    کلیدواژگان: مکانیزم های خرابی، آلومینیوم 2024، T3، وصله کامپوزیتی، آکوستیک امیشن
  • مرضیه کرمی، علیرضا توکل پور صالح، اشکان نوروزی صفحات 413-422
    هدف از این تحقیق مدلسازی، کنترل و ساخت یک میکرو ربات با استفاده از عملگرهای ارتعاشی و بررسی سختی پایه های میکرو ربات و ضریب اصطکاک بر روی حرکت می باشد. در این میکرو ربات از اصل حرکتی لغزش-چسبیدن، جهت حرکت و از دو عدد موتور ارتعاشی کوچک جهت راه اندازی آن، استفاده شده است. در ابتدا معادلات حاکم بر میکرو ربات استخراج و تحلیل شده اند. با مدلسازی آن، به صورت سیستم فشرده، شامل سه جرم که با فنرهای سخت به هم وصل شده اند، نیروهای اصطکاک محاسبه شده است. سپس به وسیله دو معادله کوپل مکانیکی و الکتریکی مدل مناسب عملگرها به دست آمد. در گام بعدی روند شبیه سازی با استفاده از محیط سیمولینک و متلب بیان شد و نتایج آن ارائه گردید. سپس به بررسی تاثیر ضریب فنریت پایه ها و ضریب اصطکاک بر روی حرکت میکرو ربات پرداخته شده است. پس از آن کنترل کننده تناسبی-انتگرالی-مشتقی یا همان PID برای این کار در نظر گرفته شد. در نهایت نیز فرآیند ساخت و ارزیابی تجربی میکرو ربات ارائه شده است. با توجه به شبیه سازی های انجام شده دقت حرکتی آن در حالت بیشترین سرعت مسستقیم ، حدود 17 میکرومتر می باشد و مطابق با ارزیابی تجربی، سرعت مستقیم میکرو ربات حدود 4mm/s، به ازای ولتاژ مرجع 1V، می باشد.
    کلیدواژگان: میکرو ربات، عملگر ارتعاشی، نیروی اصطکاک
  • سعید خلیلی ساربانقلی، لیلی گروسی فرشی صفحات 423-432
    در این مقاله تاثیر افزودن اجکتور بر عملکرد ترمودینامیکی پمپ حرارتی ترکیبی مورد بررسی قرار گرفت. با شبیه سازی سیکل جدید پمپ حرارتی ترکیبی- اجکتوری در نرم افزار EES، ابتدا تاثیر قطر محفظه اختلاط اجکتور در نتایج حاصله تحلیل شده و مشخص گردید که با انتخاب قطری در حدود 15mm نسبت انرژی اولیه (PER، نسبت انرژی حرارتی مفید خروجی به کل انرژی حرارتی اولیه ورودی) و نیز بازده قانون دوم پمپ حرارتی بیشینه گشته و دمای خروجی کمپرسور کمینه می شود. سپس، نسبت انرژی اولیه، بازده قانون دوم ترمودینامیک و دمای خروجی کمپرسور پمپ حرارتی جدید با نتایج حاصل برای پمپ حرارتی ترکیبی در مقدار و دمای یکسان گرمای ورودی مقایسه گردید. نتایج نشان داد که عملکرد آرایش جدید حداکثر 10 درصد از نظر نسبت انرژی اولیه و نیز در حدود 18 درصد از نظر بازده قانون دوم بالاتر از پمپ حرارتی ترکیبی است. همچنین با در نظر گرفتن محدودیت دمای خروجی کمپرسور امکان رساندن دمای منابع حرارتی موجود به دماهای بالاتر در سیستم معرفی شده جدید بیشتر بوده و این اختلاف بین دو سیستم به 35C می رسد. سرانجام، تحلیل میزان تلفات اگزرژی در اجزای سیستم ها نشان داد که در پمپ حرارتی معرفی شده، تلفات اگزرژی شیر انبساط، واجاذب، کمپرسور و جاذب کاهش پیدا کرده و باعث افزایش عملکرد سیستم پمپ حرارتی گردیده است.
    کلیدواژگان: پمپ حرارتی ترکیبی، بازیابی حرارت اتلافی، دمای خروجی کمپرسور، فشار خروجی کمپرسور، آمونیاک، آب
  • شریف قریب، حسن حسن زاده صفحات 433-443
    برای بدست آوردن پاسخ واقعی یک سیستم پیل سوختی پلیمری به تغییرات بار، مدلسازی دینامیکی لازم است چرا که مدلسازی استاتیکی مستقل از زمان بوده و عملکرد سیستم را فقط در یک یا چند نقطه نشان می دهد. در تحقیق حاضر عملکرد دینامیکی توده یک سیستم پیل سوختی پلیمری در محیط سیمولینک متلب مدلسازی و توسط داده های موجود در مقالات اعتبار سنجی شده است. مدلسازی در دو بخش انجام شده است؛ در بخش اول گازهای ورودی به توده پیل سوختی بصورت خشک و در بخش دوم گازهای ورودی به توده پیل سوختی رطوبت زنی می شوند. به منظور بررسی پاسخ دینامیکی توده پیل سوختی به تغییرات سریع جریان، جریان الکتریکی متغیری بصورت پله به سیستم وارد شده و اثر این تغییر بار بر ولتاژ خروجی، میزان مصرف واکنشگرها، دما و فشار مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بخش اول نشان می دهد که پاسخ سیستم به تغییرات جریان الکتریکی با تاخیر زمانی همراه است و هرچقدر مقدار جریان الکتریکی بیشتر شود تغییرات دمای بدنه پیل سوختی، میزان مصرف واکنشگرها و میزان گازهای ورودی به کانال های آند و کاتد بیشتر می شوند. دمای کانال های آند، کاتد و بدنه پیل سوختی(سطح خارجی) با یکدیگر متفاوتند و با افزایش توان توده تفاوت آن ها بیشتر می شوند. نتایج قسمت دوم نشان می دهد که با افزایش رطوبت نسبی گازهای ورودی، افت ولتاژ اهمی در غشا کاهش و به تبع آن تلفات حرارتی توده و در نتیجه دمای بدنه پیل سوختی کاهش می یابد.
  • نگین معلمی خیاوی، مهدی معرفت، سید علیرضا ذوالفقاری صفحات 444-450
    مدل های استاندارد آسایش حرارتی همچون مدل فنگر و گایج و دیگر مدل های آسایش حرارتی متداول، برای محیط های یکنواخت توسعه پیدا کرده و آسایش حرارتی کلی برای بدن را بر مبنای عوامل فردی و محیطی متوسط پیش بینی می نمایند و توانایی ارزیابی آسایش حرارتی موضعی را ندارند. در حالی که در محیط های غیریکنواخت، بخش های مختلف بدن محدوده های مختلفی از پارامترهای فیزیکی از جمله دمای هوا، دمای متوسط تابش و سرعت هوا را تجربه می کنند. بنابراین واکنش افراد به محیط غیریکنواخت بستگی به احساس حرارتی موضعی بخش های مختلف بدن آنها دارد نه به احساس حرارتی کل بدن. در حال حاضر، ارزیابی آسایش حرارتی در محیط های غیریکنواخت، بیشتر به صورت آزمایش های کنترل شده در محیط های خاص مثل محیط داخل اتومبیل بوده و مدل های ارائه شده، بر اساس تحلیل رگرسیون نتایج تجربی استوار بوده است که مختص شرایط فردی و محیطی مطابق با آزمایش های انجام شده می باشند. هدف از این مقاله ارائه یک مدل آسایش حرارتی برای ارزیابی احساس حرارتی موضعی بخش های مختلف بدن و در نهایت ارزیابی احساس حرارتی کل بدن در محیط های غیریکنواخت می باشد. در مدل جدید، با استفاده از مدل فیزیولوژیکی و 16 بخشی تانابه، اثرات غیریکنواختی محیط لحاظ شده و دما و فرایندهای فیزیولوژیکی بخش های مختلف بدن محاسبه شده و سپس احساس حرارتی موضعی و کل بدن از طریق مدل دانشگاه برکلی ارزیابی می گردد. نتایج بدست آمده از مدل جدید با نتایج تجربی موجود مقایسه گردیده که حکایت از همخوانی مناسب نتایج بدست آمده با داده های آزمایشگاهی دارد.
    کلیدواژگان: آسایش حرارتی موضعی، آسایش حرارتی کلی، محیط غیریکنواخت
|
  • Ali Taherifar, Gholamreza Vossoughi *, Ali Selk Ghafari Pages 1-8
    Nowadays the exoskeleton, known as a useful device in robotic rehabilitation and elderly assistance, has been attracted the attention of many researches. One of the most important feathers of the exoskeleton robots are the compliant interaction with patient. The Series Elastic Actuators (SEA) not only interact with human compliantly but also provide several advantaged such as torque measurement and torque control. The pervious researches have used an inner position loop and an outer force loop. In this paper, the motor and power transmission model is also integrated in the controller design. In this paper, the parameters of the SEA, motor and links are identified firstly. Then, two model-based torque control is designed and introduced based on the velocity and current commands. In contrast to previous researched, the controller is proposed for the locked and free condition and the Lyapunov stability analysis is presented. Finally, the experimental validation test on the Sharif lower limb exoskeleton is presented for these controller. The experimental results of the controller show that the accuracy of torque control based on the current and velocity is 1.2 and 0.2 N.m, respectively.
    Keywords: Torque Control, Series Elastic Actuator, Exoskeleton, System Identification
  • Amir Hossein Golmohammadi, Saeed Khodaygan * Pages 9-16
    The orientation of part in the additive manufacturing process is one of the most important factors should be considered in the additive manufacturing process. In the additive manufacturing process, the part orientation factor can significantly affect the part properties such as the surface roughness, strength, the manufacturing time and amount of support materials. The manufacturing time is a key factor that can influence the total production cost. Therefore, to minimize the manufacturing time, the optimum orientation of parts should be determined. In this paper, a new method is introduced to estimate the built time of the parts through the additive manufacturing process. According to the proposed method, a practical equation is extracted to estimate the built time of the parts with related to the number of layers and amount of the support materials. The method is capable to estimate the built time of a part associated to the part orientations. The efficiency of the proposed method is demonstrated through a case study in two different type of orientation, and the computational results are compared with the obtained results from the simulations in MankatiUM V5.3 and Repetier-Host software. The average of proposed method relative error in the first type of orientation in comparison with MankatiUM and Repetier-Host software results are, respectively, 5 and 10 percent and for the second type of orientation are 7 and 8 percent. Moreover, calculation cost of proposed method is 140 and 100 times faster than MankatiUM and Repetier-Host software, respectively.
    Keywords: Additive manufacturing, Build time estimation, Part build orientation, Standard Triangle Language (STL)
  • Mohsen Heydari, Khalili Khalili *, Seyed Yousef Ahmadi Brooghani Pages 17-28
    Drying process is one of the intensive energy operations in many industries such as tile and clay brick manufacturing industries. Cracking as a result of non-uniform deformation is one of defects that may occur during drying making the dried products useless. Intermittent drying is an effective strategy for improving the drying kinetics and the quality of the dried parts. Proper selection of intermittent drying parameters including the period, amplitude and the start time of variation are the main challenge in the drying. The purpose of this paper is to examine the effect of the period of temperature variation on the drying kinetics and induced stresses in the intermittent drying of clay like material. 3D modeling and simulation of continues and intermittent drying has been done by using finite element method. Moisture and thermal stresses are compared with each other. The good agreement between experiments and the simulation results revealed that the model developed is valid and accurate. Simulation results show that the stresses induced by drying heavily influenced by the frequency of variation. The change of the Frequency variations depending on the material properties and sample dimensions can decrease/increase the drying induced stresses. Intermittent drying has a different effect on the different points of the samples. Hence, the points susceptible to crack formation must be investigated simultaneously. The thermal stresses are negligible compared to the moisture stresses and can be neglected in drying modeling.
    Keywords: Intermittent drying, period, drying stress, drying kinetic
  • Hamed Bagheri * Pages 29-37
    Surface roughness of steam turbine blades is increased during operation. This point has harmful effect on the performance of steam turbines. In this paper effects of surface roughness on performance of a steam turbine stage in two-phase flow conditions are investigated for different outlet pressures. To do so a numerical code has been developed to simulate two-phase non-equilibrium flow in 2D steam turbine geometry. An AUSM-van Leer hybrid scheme is used to calculate inviscid fluxes, the SST turbulence model for turbulence viscosity and Wilcox roughness model for implementation of roughness on the surface of turbine blade. To validate the present in-house code the experimental results of Bakhtar has been used. According to the results of the paper, effect of surface roughness variation on the performance loss in subsonic stages is more than that in supersonic outflows. For example, in subsonic outflow case (Pb= 24.25 kPa) when the roughness height increases from 5µm to 800 µm, the value of efficiency decreases by 15%. However, for supersonic outflow case (Pb= 14.55 kPa) the value of efficiency decreases by 10% for this roughness increase.
    Keywords: Steam Turbine, Surface Roughness, Turbine Efficiency, Pressure Loss Coefficient
  • Mojtaba Mehrabi, Mehdi Mohammadimehr *, Mohammad Reza Fatehi, Ali Ghorbanpour Arani Pages 38-48
    In the present paper, thermal analysis of used spiral bevel gears in main gearbox of helicopter- belong to Iran Aircraft Manufacturing- is investigated. Firstly, with introducing the geometry properties of gears, basic lubrication and thermal analyses are considered based on standards of gear design such as AGMA. Then, in order to create the finite element model, initial and boundary conditions with considering the oil viscosity and calculating the friction coefficient, convection and heat conduction coefficients are determined based on experimental and analytical models in spiral bevel gear. It is noted that, the goal of finite element model is considered to reduce the complex calculation errors and increase the speed of problem solving. Effects of various parameters such as increasing the FLASH temperature and influences of initial temperature on it, contact stresses and heat fluxes, comparison of different mineral oils on the decreasing of temperature and fatigue life are examined. The obtained results of present work show that the FLASH temperature of main gearbox is linear function of initial temperature, so that FLASH temperature increases 56 centigrade in comparison of initial temperature. Also, it is demonstrated that the presence of various mineral oils in this system lead to reduce the solid-solid surface contact and friction coefficient. Moreover, these lubricants cause the cooling in the gearbox and enhancing more temperature, thus the employing these lubricants lead to exceed the system temperature to 90 centigrade.
    Keywords: Spiral Bevel Gears, Finite element simulation, Thermal Analysis, Lubricant, Fatigue Life
  • Hassan Jafari, Salman Nourouzi *, Hamed Jamshidi Aval, Seyed Jamal Hosseinipour Pages 49-58
    In the present study, the mechanical and microstructural properties of dissimilar joint of 304 austenite stainless steel and C70600-copper-nickel alloy made by Gas Tungsten Arc Welding process has been investigated. The aim of this joint is using the twin metallurgical properties such as; heat dissipation and corrosion resistance of copper-nickel alloy and mechanical properties of 304 austenite stainless steel alloy. Welding of two dissimilar metal steel to copper-nickel alloy due to differences in melting point, the difference in thermal conductivity, rapid solidification of copper nickel are facing many problems. In this research due to solubility and weldability of nickel with two both alloys, three filler metals Inconel 625, Inconel 82 and 61 were used. According to microstructural investigations welds made by Inconel 625 and Inconel 82 show a finer equiaxed dendrite structure as compare as in Inconel 61 filler metal. The tensile strength of samples welded by Inconel 625, 82 and 61 filler metals was 324, 323 and 293 MPa, while the elongation percent of three samples show small difference. According to mechanical properties of joints, the Inconel 625 and 82 filler metal are appropriate for dissimilar welding 304 austenite stainless steel and C70600-copper-nickel alloy.
    Keywords: Copper-nickel alloy, Austenite Stainless steel of AISI 304, Dissimilar joining, Gas Tungsten Arc Welding process
  • Morteza Monshizadeh, Ahmad Tahershamsi *, Hassan Rahimzadeh, Hamed Sarkardeh Pages 59-67
    In the present study, free surface vortex dynamic was experimentally investigated in a horizontal intake. Air entrainment rate into the intake due to the air-core vortices was also discussed. The results presented are the relationship between the vortex type and the intake hydraulic parameters, general pattern of surface displacement of the vortex core and its relation with the vortex type, the required time duration to fully development of the vortex core, and finally evaluation of the vortex induced air entrainment rate. In this research by defining intake number as intake Froude number over the intake relative submergence, a relationship was established between the vortex type and the intake number. Moreover, it was shown that while the intake number increases, surface instability of the vortex core decreases, in which, for the intake numbers greater than one, surface movement of the vortex core is limited to an area of the twice of the intake diameter. Then, another relationship was also established between the time requirement of the vortex air-core formation and the intake number, and it was shown that there will be an exponentially decrease in the mentioned time scale, while the intake number increases. In this context, a relationship was suggested and compared with one of previous works. In the last section, the dependency between air entrainment rate due to the air-core vortices and the intake number was considered, and another relationship was also suggested and compared with previous works.
  • Meisam Kabiri, Mohammad Bagher Menhaj *, Hajar Atrainfar Pages 68-74
    This paper addresses the trajectory tracking of a Vertical Take-Off and Landing (VTOL) aircraft. Our objective is to design a controller for a VTOL aircraft in such a way that the aircraft tracks a predefined 3d spatial path in the presence of constant disturbances and uncertainty in the inertial matrix. Taking advantage of the extraction algorithm, we separate the design for the translational and rotational dynamics. First a virtual controller is designed for the translational dynamics from which the ideal thrust direction is extracted. To deal with the under-actuation of the translational dynamics, we have exploited an auxiliary system while an estimator is also involved in the design of the virtual controller to compensate for the effect of the translational disturbance. In order to keep our estimation bounded, we utilize the projection operator which is also smooth enough. An adaptive sliding mode control is used for rotational dynamics control such that the ideal thrust is accomplished. Since the inertial matrix and the bound on rotational disturbance is unknown, an adaptive structure is used to estimate the unknown bounds. The stability of the control framework is established through Lyapunov analysis. Finally simulation results are given to test the validity of the proposed control scheme.
    Keywords: VTOL UAV, Uncertainty, disturbance, trajectory tracking
  • Mohammad Hosseinzadeh, Ali Salari, Mohammad Sardarabadi, Mohammad Passandideh-Fard*, Alireza Akbarzadeh Pages 75-86
    In this study, the performance of a photovoltaic thermal system (PVT) is investigated in a numerical and experimental study. In the numerical part, the Taguchi method is applied to determine the optimum place and time of the PVT system. Moreover, the optimum parameters that are independent of the design of the PVT system are obtained to improve the performance of the system in a specific place and time. Using the specified optimum parameters, the performance of the system is investigated from the energy and exergy viewpoints, experimentally. In the experimental study, using the designed setup, the performance of a water based PVT system is compared with that of a conventional photovoltaic unit (PV). The experiments are performed on a selected day in August at the Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran (Latitude: 36° and Longitude: 59°). The numerical results indicate that the most effective parameter on the performance of the PVT system is the coolant inlet temperature and its optimal value is 20 °C. Moreover, the total energy efficiency of the PVT system in the optimum working condition is 69.02 %. The experimental results reveal that the average output electrical energy of the PVT system is 6.27 % more than that of the PV unit. In addition, the average thermal energy and exergy efficiencies of the PVT system are 34.12 % and 0.72 %, respectively.
    Keywords: Photovoltaic Thermal System, Taguchi method, energy analysis, Exergy analysis
  • Pooria Naeemi Amini, Behnam Moetakef-Imani * Pages 87-96
    Boring operations due to the large length to diameter ratio and the high flexibility of tool are prone to self-excited (chatter) vibration. This vibration may cause poor surface quality, low dimensional accuracy and tool breakage. In practice, chatter is the main limitation on production rate. The main reason of chatter phenomenon is the dynamic interaction between cutting process and structure of machine tool. By increasing the length of the cutting tool, the vibration tendency in the tool’s structure increases. Improving dynamic stiffness of the tool is the most effective solution for decreasing vibration and increasing chatter stability. For increasing the stability of the tool in long overhang boring operations, passive and active vibration control has been proposed and implemented. In active control methods, vibrations can be effectively damped over a various cutting conditions. The aim of this research is to enhance chatter stability of an industrial boring bar by increasing the dynamic stiffness. A VCA actuator is used for active vibration control. The designed setup can effectively suppress undesirable vibrations in the radial direction. First, modal parameters of the boring bar are determined by experimental modal analysis. Then, the transfer function of the actuator-tool setup is identified with the sweep frequency excitation. In the following, the direct velocity feedback is successfully implemented in the vibration control loop. The results of cutting tests indicate that the actuator has a great performance in suppressing vibrations and increasing the dynamic stiffness. Hence, the developed method can significantly increase chatter stability of boring operations.
    Keywords: Boring Bar, Vibration Control, System Identification, Chatter vibration
  • Shojaat Shafie, Behrooz Rahmani *, Amin Moosaie, Hamed Panahi Pages 97-104
    In this paper, a method for distributed control of temperature distribution in a thick rectangular functionally graded plate is proposed. In this way, the linear nonhomogenous conduction which its governing dynamics is a linear partial differential equation (PDE) with spatially varying coefficients is considered and actively controlled. For this purpose, firstly, this PDE is converted into a set of ordinary differential equations (ODEs) using the modified wavenumber methodology. This apporach is based on the combination of the fast Fourier transform (FFT) and finite difference techniques. Secondly, in order to stabilize each of these ODEs, linear optimal state feedback controller is utilized by minimizing a predefined performance index. The proposed controller is modified by adding a feedforward term to have a good tracking performance for the proposed method. The designed control inputs which are in the Fourier domain, are transfers to physical domain using the inverse Fast Fourier transform (IFFT). In order to solve the linear nonhomogenous conduction heat equation, a combination of finite difference and Runge-Kutta methodologies is implemented. Simulation studies show the performance of the proposed method, for example the smaller settling time, overshoot and also steady-state error.
    Keywords: Linear heat conduction equation, Fast fourier transform, Distributed control, Modified wave number, Functionally graded material
  • Amin Jalalian, Kiumars Mazaheri * Pages 105-116
    In the present study, the effects of several global chemical kinetics in 3-dimensional numerical simulation of methane combustion in a horizontal combustion chamber which has lifted flame by a set of open source code OpenFOAM, is compared. The purpose of this comparison is to study the effects of 1, 2 and 4 step global kinetics on velocity, temperature and species distribution. In this simulation, conservation and state equations are solved simultaneously. Partial differential equations are discreted by finite volume method. The effects of turbulence by standard k-e, radiation by P1 model and turbulence-combustion interaction by PaSR are modeled. The results of numerical simulations have been validated by a cylindrical combustion chamber experimental data. The results show that the kinetics have considerable differences in results of velocity, temperature and species in the final third of the chamber where the flame is located, and differently predict locations of the flame. According to these results, 4-step mechanisms were more accurate than the 2-step type. Between 4 step mechanisms, JL is more accurate than Kim in overall; However, its calculation time is higher than the Kim. Single step kinetics were not able to keep the lifted flame.Towards the experimental results, 2-step model predicts the flame in downward and Kim mechanism estimates the flame in the upward.
    Keywords: Combustion Simulation, Methane, Chemical Kinetic, OpenFOAM, PaSR
  • Abbas Karami, Hamid Sadeghian *, Mehdi Keshmiri Pages 117-125
    This paper presents the problem of controlling multiple tasks in a prioritized scheme during accidental external physical interaction with redundant robot. This issue arises when robots are employed in social, unknown, dynamic environments for complex and critical missions. Exploiting robot redundancy to ensure safety and compliance during performing hierarchical tasks is considered in this work. A general approach to control the main task (position/orientation of the end-effector) with allocated priorities beside compliance behavior in the null space of the tasks is proposed. External interactions on the robot body are estimated with an appropriate observer without using any force/torque sensors which is further used to bring compliance in the redundant space. A novel task allocation method is proposed and the convergence of the task space error, interaction estimation error as well as null space velocities are guaranteed. Finally, the performance of the method is investigated through computer simulation and real experiments on KUKA robot arm.
    Keywords: Position, orientation control, Observer, prioritized tasks, physical interaction
  • Majid Khansari, Hossein Khodarahmi *, Abas Vaziri Pages 126-132
    One of the recent techniques which has attracted attention from researchers is the use of Nano particles to reinforce composites. While the technique does not make any changes in the weight of the structure, it improves its mechanical and physical properties. One form of Nano particles includes Carbonic Nano Tubes (CNT). Since its discovery, CNT has found wide application in industryIn this article, the response of aluminum hybrid panels and composites made from epoxy-Kevlar and aluminum hybrid panels and Nano-composites made from epoxy-Kevlar to ballistic impact was studied. Four groups of the panels were constructed using 0, 0.5, 1 and 1.5 percent of carbon nanotubes (CNT)s. The hybrid samples constructed and tried out in this experiment has been done using manual layer-making and heated press.The thickness of the panels constructed from two aluminum plates and ten Kevlar 29 plates was consistent. The ballistic impact test using gas gun was implementated by conical bullet 7.6 gr shooting in two avrege velocities (220 m/s and 275 m/s). input and output velocity with each sample was assessed using a laser speedometer. The amount of energy absorption and special energy absorption of passing of the rocket was determined as the criteria for the comparison of the efficiency of ballistic of different panels. The results indicated that among the four samples examined, the panel made up of 1 percent CNTs had the most amount of energy absorption and ballistic resistance.
    Keywords: hybrid, CNT, Nano-composite, Kevlar, Ballistic limit velocity
  • Saman Hosseinzadeh, Bijan Mohammadi * Pages 133-142
    The Oleo-Pneumatic shock absorber has a dual function in suspension systems. Compressibility of gas plays the role of spring and oil passing through the orifice plays damper role. Shock absorber response to various excitation depends on Fluids (gas and oil) and their internal flow. Prediction of the flow behavior inside the shock absorber can reduce cost of experimental during design and optimization process and performance analysis. Numerical Fluids flow has been simulated with assumption of axisymmetric and two-phase flow. Primary phase is compressible and Redlich-Kwang-Soave equation of state has been used to describe the compressible gas behavior. Volume of fluid model (VOF) has been described the relationship between two phases. k-ε model and Scalable wall function has been chosen for modeling turbulence. The piston's movement has been simulated using dynamic mesh (layering method). The way of gas-oil mixing and temperature change during stroke, has been shown an increase in temperature about 50-degree for largest gas bubble because of compressing. However, temperature of small bubbles has been reduced to oil temperature because of higher heat exchange. In polytropic description of gas process, the polytropic expansion has been found to describe with polynomial function of stroke. Polytropic expansion value starts from 1.3, rises to 1.4, and reduces again after mixing two phases.
    Keywords: Shock-Absorber, CFD, Two-Phase, Dynamic Mesh
  • Saeed Khodaygan *, Hamed Fallahzadeh Pages 143-152
    Because of increasing demands for using of rotating systems in high accuracy and high speed applications, in addition of specific condition of rotating systems, it is necessary to analyze these rotating systems characteristics. Tolerance analysis is a useful tool for estimating effects of dimensional and geometrical errors of effective parameters on functional characteristics in a mechanical system. Unlike other mechanical systems, in addition to the dimensional and geometrical errors, the accuracy of the rotary systems performance directly depend on the flexibility of parts and Non Repetitive Run-Out (NRRO) errors. In this paper, a new method is proposed for static and dynamic tolerance analysis of the rotary systems with the dimensional and geometrical errors, the flexibility effects, and the NRRO errors based on the tolerance zone model. First, using the small degrees of freedom concept, the dimensional and geometrical errors and the NRRO error are modeled in the tolerance zone. Then, based on a new strategy, the performance -assembly functions of the system for modeling the error propagation of the rotary system in the static and dynamic conditions are extracted. Then, using the proposed equations, sensitivities of the requirements such as the end of shaft position and the main natural frequency to tolerances are computed. To illustrate applicability of the proposed method, a rotary system is considered as a case study. Monte Carlo simulations are used for validation of the computational results from proposed method.
    Keywords: Tolerance Analysis, Rotary systems, Dimensional, geometric tolerances, Non Repetitive Run-Out, natural frequency, Sensitivity Analysis
  • Saeed Ahmadkhah, Reza Pr Hasanzadeh * Pages 153-163
    One of the major issues in the industry is inhomogeneity depth profiling in the metallic structures before reaching them to the border of demolition. Fuzzy logic based methodologies, due to their ability to describe the complex issues with empirical nature such as non-destructive testing, are used for this purpose and usually provide acceptable results. But empirical rules and also extracted data from non-destructive testing methods mainly have high degree of uncertainty and therefore Classical fuzzy methods, which are based on exact membership grades and Type-I membership functions, are incapable to deal with them. Therefore, they cannot deal with noisy environments and also cannot represent a good performance for accurate depth estimation of unknown cracks. In this paper, to allocate uncertainty to rules and membership functions, the type-II fuzzy logic system is used to solve the inverse problem of crack profile depth estimation. Also Alternating Current Field Measurement (ACFM) signals are used to sizing the depth of crack profile. Then, experimental results of the proposed method are compared to the other state of the arts in the presence of different level of noise and different type of cracks. The results show the superiority of the proposed method to the other methods.
    Keywords: Non-destructive testing, alternating current field measurement, inverse problem, type-2 fuzzy logic system
  • Mostafa Nabipour, Seyed Ali Akbar Salehi Neyshabouri *, Seyed Hossein Mohajeri, Amir Reza Zarrati, Mohammad Zabetian Toroghi Pages 164-172
    In compound channels, in addition to shear flow originated from the bed (boundary layer flow), other forces are generated by momentum transform between the main channel and the floodplain (free shear layer). Due to such special type of momentum transport, a complicated three-dimensional flow structure forms in a compound channel. Previous studies showed that in a compound channel, secondary currents are enhanced for shallow overbank flow and consequently the complexity of flow structure increases. However, this complexity has not be described properly. To explore turbulent structure of a shallow overbank flow, flow field is measured in a compound channel with vertical walls using Particle Image Velocimetry. The results show that in the main channel, the maximum amount of streamwise velocity occurs below the floodplain level. Whereas in previous studies in compound channels with inclined transitional wall, turbulence intensities profiles in the main channel showed two different trends at lower and higher elevations of the floodplain invert, in the present study three different increasing or decreasing trends were observed for Reynolds shear stress and longitudinal turbulence intensity profiles and four different trends was observed for vertical turbulence intensity. Bed shear velocity was approximately constant in the floodplain but it increased near the interaction zone.
    Keywords: Compound channel, Shallow flow, Turbulent Flow, Vertical middle wall, Particle Image Velocimetry
  • Mehdi Ganjiani *, Hossein Orui, Mahdi Ganjiani Pages 173-181
    Delamination is one the most important defect that reduces strength of part. Many researchers have been studied delamination in drilling of composite materials and they tried to formulate this phenomenon by developing of analytical, numerical and experimental models. In this models up to now, only effect of modeΙ and modeΙΙΙ of crack propagation is considered and effect of modeΙΙ is neglected. The goal of this research is determination of modeΙΙ effect on propagation of interlaminar cracks during drilling of multilayered composites by means of finite element analysis (FEA).Thus the numerical analysis of delamination of unidirectional Carbon/epoxy composite during drilling is performed by modification of previous numerical models. The numerical method which is used for determination of strain energy release rates in modeΙ and modeΙΙ is Virtual Crack Closure Technique (VCCT). This analysis is performed for crack propagation under chisel edge when the drill have not come out from the workpiece and for crack propagation under cutting edges when the drill have come out from the workpiece. By determination of strain energy release rates in modeΙ and modeΙΙ and comparing with critical values G_Ιc andG_ΙΙc, the critical thrust force that causes to delamination is determined and contribution of each crack propagation mode in delamination is discussed. At the end of this research, it was found that the effect of modeΙ is more than modeΙΙ in all of cases such that more than 95percent of crack propagation parameter in power law criteria is due to strain energy release rates in modeΙ.
    Keywords: Delamination, Finite element analysis (FEA), Composite drilling, Virtual crack closure technique
  • Hanieh Eftekhari, Reza Eslami-Farsani *, Seyed Mohammad Reza Khalili, Hossein Ebrahimnezhad-Khaljiri Pages 182-190
    In this research work, the self-healing behavior of epoxy matrix composite which reinforced by hollow glass fibers as self-healing container was investigated. For doing this, in first step, the hollow glass fibers were filled with the epoxy resin and hardener by creating a partial vacuum. Then, the filled hollow glass fibers with different percent of 1, 3 and 5 vol.% were embedded in the epoxy matrix. In the next step, by applying press, the destruction was created in these composites. Then, these destructed composites were healed at ambient temperature at different times of 2, 4, 7 and 14 days. Then, for accessing to the optimum healing time and percentage of hollow fibers in composite, the flexural test was applied in these composites. In the final step, the mechanical properties of composite with the optimum healing time and percentage of reinforcement were evaluated via tensile, flexural and impact exams. The obtained results show that the optimum percentage of hollow fibers and time for healing process are 3 vol.% and 7 days. Also, the healing efficiency of composite in optimum conditions (3 vol.% hollow fibers and 7 days healing time) at tensile, flexural and impact exams were approximately 77, 54 and 92 % respectively.
    Keywords: Self-healing, Hollow Glass Fibers, Mechanical Properties, Epoxy Matrix Composite
  • Mahmood Mazare, Pegah Ghanbari, M.Ghasem Kazemi, Mohammad Rasool Najafi * Pages 191-200
    In this paper, an optimal adaptive sliding mode controller of an Omni-Directional Mobile Robot (ODMR) is proposed using harmony search algorithm. First, kinematic model of the robot is derived and then, governing equations of dynamic model have been obtained using linear and angular momentum equilibrium. Since the derived model is not an exact definition of the system, it includes some uncertainties. To compensate them, a tracking control method has been offered. The proposed controller consists of an approximately known inverse dynamic model output as the model-based part of the controller, an estimated uncertainty term to compensate for the un-modeled dynamics, external disturbances, and time-varying parameters to enhance closed-loop stability and account for the estimation error of the uncertainties. In order to compare the results of the proposed controller, an optimal feedback linearization and sliding mode controllers are designed and then, a cost function has been defined by combining the variation rate of control signal and the integral error index. This cost function has been minimized using harmony search algorithm, resulting in optimum control parameters. Finally, the performance of the designed controller in different conditions, such as in presence of disturbance and system parameter variation has been simulated and discussed.
    Keywords: Omni-Directional Mobile Robot, dynamic modeling, Adaptive robust control, sliding mode, harmony search algorithm
  • Mohammad Shafiei Alavijeh, Hossein Amirabadi * Pages 201-212
    The most essential problem in lapping process is low material removal rate which leads to increase in production costs and time. Thus, in this process, it's essential to select a condition that besides producing pieces with required flatness and roughness, has a high material removal rate. In this research, effects of parameters such as abrasive particle size, abrasive particles concentration in slurry, and lapping pressure on material removal rate, flatness and surface roughness were studied by experimental method in single sided lapping of flat workpieces made of 440c steel. In the following, effect of aforementioned parameters on material removal rate, flatness and surface roughness of lapped surface has been modeled using artificial neural network. Finally, by exerting multi-objective particle swarm optimization, simultaneous optimization of material removal rate, surface roughness and flatness of lapping pieces has been conducted and related Pareto front has been obtained. Obtained results show that by using Multi-objective particle swarm optimization algorithm we can produce workpieces with required surface roughness and flatness with high material removal rate. Consequently, by using this method moreover producing workpieces with desired quality, production cost and time would decrease.
    Keywords: Lapping, Multi-Objective Particle Swarm Optimization, Surface Roughness, material removal rate, Flatness
  • Abbas Niknejad *, Mojtaba Firouzi, Mohammad Rahim Hematiyan, Sima Ziaee Pages 213-223
    This article investigates energy absorption capacity and plastic deformation trend of lateral flattening of an aluminum profile with H-shaped cross section under the quasi-static lateral loading by experimental, numerical and theoretical methods. Samples were prepared with different lengths and three different filling conditions including empty, core-filled and perfectly-filled by polyurethane foam. In addition, samples with the same geometry and filling conditions were laterally compressed with loading angles of 0 and 90 degree. Effect of some parameters such as length, three different filling conditions and loading angle were experimentally investigated on lateral force and specific absorbed energy (SAE). The results show that SAE is independent of samples length. At the loading angle of 90 degree, presence of the filler causes increment of SAE by the structure. Using the perfectly-filled profile under the loading angle of 90 degree is the most optimum condition. Based on two different energy absorption mechanisms, a theoretical equation was derived to estimate total absorbed energy (TAE) by empty sample with loading angle of zero; and predicted results were compared with the experimental samples. Due to present limitations in preparing the samples with different geometrical dimensions, nonlinear ABAQUS software was employed. Some samples with different wall thicknesses were modeled and influence of thickness was investigated on TAE. TAE is directly correlated to the second power of wall thickness; and this relationship can be clearly understood from the theoretical equation and numerical results. High correlation of experimental, numerical and theoretical results indicates precision and accuracy of the performed research.
    Keywords: Lateral loading, Aluminum profiles with H-shaped cross section, lateral flattening, Polyurethane foam, specific absorbed energy
  • Amir Mostafapour, Hamed Kamali, Mahmoud Moradi * Pages 224-230
    In this research, deposition of AA7075-T6 coatings on AA2024-T351 substrates was studied. In order to investigate the influence of process parameters on the mechanical properties and microstructure, the experiments were performed based on design of experiments using Response Surface Methodology (RSM). Rotational speed (1200-1600 rpm), axial force (320-640 Kg) and feed rate (100-300 mm/min) were considered as input parameters, while coating width (w), coating thickness (t) and hardness of coating (HC), were raised as process outputs. The results reveal that joining of these two materials was done without any porosity at the interface. Hardness of coating showed a 30% decrease compared to the consumable rod in average. Thickness of deposition is decreased by increasing rotational speed, feed rate and axial force. If axial force is excessively increased, it results in development of an arc toward the plate along deposition. Microstructure of deposition turned into a totally fine-grained homogeneous structure in comparison with rod and plate microstructure.
    Keywords: Friction Surfacing, Aluminum alloy, Mechanical Properties, Micro hardness, design of experiments
  • Reza Goldaran, Mohammadali Lotfollahi-Yaghin *, Mohammadhossein Aminfar, Ahmet Turer Pages 231-240
    Corrosion in spiral steel prestressed wires tensioned around core are one of the major weaknesses of prestressed concrete pipes which their untimely detection can cause sudden failure and damages. To date, these kinds of pipes are used and produced in Iran and their abrupt failure due to corrosion has been experienced. In this study acoustic emission monitoring in prestressed concrete was used to investigate the corrosion. An approximately full-scale experimental sample pipe is made in Middle East Technical University laboratory. The pipe is loaded by internal water pressure and accelerated corrosion applied to the sample and the resulted acoustic emission signals are recorded using piezoelectric sensors during corrosion. The sample is tested under wetting and drying cycles frequently for corrosion detection in which during the experiment, pipe inside pressure was fluctuated and Kaiser Effect was studied in different conditions. Experimental results show significant changes in some gained acoustic emission parameters as the pipe work pressure increases to higher amounts. It is shown that the changed AE parameters can be used for damage prediction, condition assessment and corrosion detection of prestressed concrete pipelines.
    Keywords: Acoustic Emission, Prestressed Pipe, Health Monitoring, Accelerated Corrosion, Damage Detection
  • Mahrad Damircheli, Sara Mirshekari, Mahdi Fakoor * Pages 241-251
    The purpose of this research is design of solar panels for a satellite which put in to geostationary orbit considering siutable reliability. The process of solar panel design is conducted according to the Design Structure Matrix (DSM) method. In this regard, an initial plan, a subsequent design process improvement, and a final optimized design process are provided. The first level of designed mechanism product tree includes released mechanism, development mechanism, lock and rotation components. Given the importance of ensuring the proper operation of mechanisms in space and reported mission failures due to lack of mechanism’s operation, the reliability network of designed mechanism is constructed and the reliability of designed panel is calculated. The amount of achieved relaiability is then verified according to the mission and system engineering requirements. Nessecary changes are applied on initial design to achieve into the satisfactory reliability for whole solar mechanism. In this regard, the critical paths in reliability network which lead to reduced reliability are investigated, and improvement of the critical path are proposed, to the extend of increasing reliability by discarding redundant components for critical parts.
    Keywords: GEO satellite, Solar panel, Design structure matrix, Reliability, Redundant component
  • Hamed Adibi *, Ebrahim Yarali, Amirhossein Ramezanshams Pages 252-258
    The aim of this study, design and fabrication a prototype of double-tube magnetorheological damper (MR damper) involving micron sized and soft ferro magnetic of carbonyl iron (CI) particles and stabilizer nanoparticles of silicone (SiO2). Whiles initially magnetorheological fluid as its application and required, designed and fabricated. Then sedimentation and magnetorheometry tests (in mode of shear) was done. That the resulting of sedimentation test, illustrated that after 10 days, the value of sedimentation just was 15% and maximum of shear stress in maximum current was about 20kpa, that was desired. Then the magnetic section of the research, was conducted using the existing relationships and Maxwell software, at the end, using this data, the geometric dimensions of the MR damper, designed and fabricated. appropriate damper, was double tube type damper and at the combination of two valve and shear modes. After fabrication of appropriate damper, damping test was carried out on appropriate damper by damping test machine, that with regard to the receive graphs from test, at currents of 0 ,1 and 2 amps and speed of 0.05m/s, the magnitude of damping force aspect zero current(conventional damper), at saturate magnetic intensity (H_mr) was 5 times conventional damper. That was desired.
    Keywords: Magnetorheological fluid, intelligent damper, magnetorheological damper, carbonyl iron, silicone nano powder
  • Fatemeh Zokaei, Hamid Sadeghian *, Shahram Hadianjazi Pages 259-266
    This paper presents a novel formulation for controlling the task space of the robot with the Remote Center of Motion (RCM) constraint in Minimally Invasive Surgery (MIS). In MIS it is usually required to prevent any lateral motion at the point at which the robot enters the body, called the incision point or the trocar. Therefore, the surgical tool is only allowed to penetrate inside the body or rotate around its axis to avoid more injuries to the patient’s body. The proposed control law considers the RCM constraint at the kinematic level and the convergence of the task space error and regulation of RCM constraint are satisfied, simultaneously. Moreover, the null space of the robot is also exploited effectively within the framework to perform two additional tasks which can limit the RCM movement and optimize the manipulability measure of the robot. A comparative study is finally performed between the proposed approach and a well-known approach used in the literature. To evaluate the efficiency of the approach, a planar robot with 5 degrees of freedom with the trocar constraint is simulated and the results is verified successfully.
    Keywords: Minimally Invasive Robotic Surgery, Minimally Invasive Surgery, Remote Center of Motion, Robot Kinematics, Constrained Jacobian Matrix
  • Hadi Safaei, Mohsen Davazdah Emami * Pages 267-278
    In this research, the impact of a completely molten hollow droplet and a semi-molten hollow droplet on a surface is simulated numerically. At first, the production process of hollow particles from the agglomerated particles is addressed analytically. By this model, one can predict the particle diameter, solid core diameter and shell thicknesses of produced particle. The results of this section show that hollow particle may hardly develop at small initial porosity values (p=0.2). Then, the collected data from analytical model is used as input data for numerical simulation. In the numerical model, the central solid core was assumed to be a fluid with high viscosity. Due to high impact velocity, volume and density changes of the trapped gas inside droplet are important. Therefore the compressible form of governing equations is used. The results show that the hydrodynamic and solidification behavior of a completely molten droplet and a semi-molten droplet during impact process are different. In the semi-molten state, the central solid core prevents the formation of a counter jet. For this reason, a hollow semi-molten droplet is solidified faster than a completely molten hollow droplet. The overall time of solidification in the completely molten state is 35 μs and the corresponding time for semi-molten state, is 12 μs. Moreover the splat of a semi-molten hollow droplet is more continues compared with a completely molten droplet
    Keywords: semi-molten droplet, VOF model, Compressible flow, Solidification
  • Mohammad Javad Mohammadi, Mahyar Naraghi *, Ali Tehrani Safa, Farzad Towhidkhah Pages 279-290
    Passive limit cycle walking is a special type of walking happening on a flat and slight downhill surface, without any energy injection and control, and in a cyclic manner. Compensation of energy lost through every heel strike by gravity effect, creates the cyclic behavior for the walking. The main advantage of this type of walking is getting higher efficiency, leading researchers to extend their studies in order to make passive dynamic based walkers. These bipeds can walk on level ground surface by little energy injection, instead of the gravity effect. This fact describes the standpoint of this article. In this research, with impulsive push-off actuation in hand and developing the related models, the walking of an actuated planar parametric model on level ground surface is simulated. Also the stability (with respect to the area of basin of attraction) and gait length has been analyzed by changing design parameters such as actuator’s location and foot shape. The results of this investigation indicates increase in relative stability and gait length for larger foot’s radius and of symmetrical shape.
    Keywords: Limit cycle walker, Push-off actuation, Basin of attraction, Gait length, Bifurcation
  • Reza Nouri, Mehrdad Raisee * Pages 291-300
    Uncertainty at experimental results usually adds to experimental data in the form of error bound. Since uncertainties at input parameters play an important part at the discrepancy between numerical and experimental results, considering uncertain parameters in comparison of numerical and experimental results would be logical. Electroosmotic flow is one of the cases which uncertainty quantification on its numerical simulation is necessary because of the presence of uncertain parameters. In this study, uncertainty quantification of electroosmotic flow in the micro T-channel has been presented. Numerical method was first validated by comparison between numerical simulation results of electroosmotic flow with certain inputs and experimental data. At the first step of uncertainty quantification, sample generation of the uncertain parameters has been performed by Latin hypercube method. At the next step, governing equation of electroosmotic flow has been solved by finite element method for every sample. Mass flow rate and velocity field have been selected as objective functions and adjoint method was employed for calculating the derivatives of them. At the final stage uncertainty quantification has been performed by enhanced Monte Carlo method. Results of the adjoint method show geometry parameters and fluid viscosity as the most effective factors on the results. While temperature and density of fluid demonstrate the least effect on the objective functions. Results of the Monte Carlo method illustrate 22.4% uncertainty for the results of mass flow rate and 12.6% on average for the results of velocities.
    Keywords: Electroosmotic flow, Adjoint method, uncertainty quantification, Enhanced Monte Carlo method, Sensitivity Analysis
  • Mohammad Pourjafargholi, Ghanbarali Sheikhzadeh, Reza Maddahian* Pages 301-312
    In the present work, numerical simulation of steady, compressible and supersonic airflow in a magneto-hydrodynamic (MHD) generator has been studied. This flow considered to be ideal with low magnetic Reynolds number. A two-dimensional channel with four-pair electrodes and with various geometries and boundary conditions were utilized as a MHD Faraday generator model. The computational model consists of the Navier-Stokes equations coupled with electromagnetic source terms, Maxwell's equations and Ohm's law. Implicit based on density solver is used to solve the Navier-Stokes and the electric potential method is used to solve the Poisson's equation. First, the boundary conditions of constant temperature and constant heat flux were compared. Due to the less Joule heating and generation of higher electrical power, constant heat flux boundary condition was selected to continue working.
    Keywords: MHD generator, Maxwell equations, Joule heating
  • Mohammad Mir, Hadi Sabouri * Pages 313-322
    In this research, the finite element method have been utilized for investigation the progressive damage in composite laminates. Governing equations on progressive damage in three dimensional stress and strain filed have been expressed based on Hashin's onset of damage and Matzenmiller's progression of failure. The damage equations were coded to make a material model in LS-Dyna. This model could simulate various damage modes such as fiber breakage due to tension or compression, failure due to in-plane shear, crushing and delamination. High velocity impact on woven composite laminates have been analyzed using this material model subroutine. Damage pattern, ballistic limit velocity and growth of damage parameter in different failure modes have been investigated. Also, the occurrence of multi-mode damage at an element and degradation the elastic modulus of the composite material and its softening were studied. In addition, the effect of impact on damage growth at near filed and far filed of the impact zone as well as complete or partial damage of the composite laminate have been investigated. Based on outcomes, number of plies of composite laminate and its thickness have important role on manner of results. Also, for a damaged element, change of failure mode by growth of the damage parameters was observed.
    Keywords: progressive damage, Dominant failure mode, Mutli-mode of damage, Change of the damage mode, High velocity impact
  • Behzad Binesh *, Mehrdad Aghaie-Khafri, Mohammad Daneshi Pages 323-332
    In this study, severe plastic deformation of 7075 aluminum alloy was investigated using a new method, based on the combination of conventional upsetting and direct extrusion. In this process, which is called repetitive upsetting-extrusion, cylindrical samples were first subjected to upsetting and were subsequently subjected to extrusion at 250 °C with various processing cycles. Die design was carried out considering the possibility of conducting both upsetting and extrusion by using a single die and the maximum of four RUE cycles were successfully performed on the samples. Finite element method was used to simulate the deformation behavior of 7075 alloy during repetitive upsetting-extrusion processing and the strain distribution was obtained for the deformed samples. The finite element simulation results correlated fairly well with the microstructural observations. Based on the simulation results, the maximum effective strain was observed at the central region of the samples. The deformation behavior and the flow pattern were discussed based on the experimental and the simulation results. In addition, the effect of applied strain on mechanical properties of processed samples was studied. Tensile strength and elongation of deformed samples increased with extending the number of repetitive upsetting-extrusion cycles.
    Keywords: Severe plastic deformation, ultrafine-grained materials, Repetitive Upsetting-Extrusion Process, Mechanical Properties
  • Moein Doakhan *, Mansour Kabganian, Reza Nadafi, Ali Kamali Eigoli Pages 333-342
    Sliding mode control is one of the most common types robust control that can compensate the model structure and parametric uncertainties, but the main disadvantage of this method is chattering phenomenon. Although a boundary layer around the sliding surface can eliminate chattering effect, it reduces tracking performance and robustness in control. The second generation of sliding mode control called Second Order Sliding Modes (SOSM) is a solution to this problem. Super-Twisting Sliding Mode (STSM) is a modified SOSM control that reduces chattering effect naturally and without a defined boundary layer, while maintaining the robustness of the Conventional Sliding Mode (CSM) control. In this paper, the problem trajectory planning is solved in an environment with fixed obstacles by using firefly optimization algorithm and polynomial trajectories, then STSM control is designed for quadrotor in the presence of uncertainties to tracking path trajectory and the performance of this controller is compared against Feedback Linearization (FL) and CSM control. Also, derivative of some of the states calculates by using super-twisting observer in the closed loop control and stabilization while there is no direct access to them through the sensors.
    Keywords: Quadrotor, Firefly algorithm, Super-Twisting Sliding Mode Control, Observer
  • Saeed Ahmadifard, Amir Momeni * Pages 343-350
    The purpose of this investigation was the fabrication of surface nano composite composed of aluminum 2024 and boron carbide particles with the average size of 60 nm by the friction stir processing (FSP) method. The primary FSP tests showed that the rotating speed of 850 rpm and traverse speed of 25 mm/min are the optimum conditions which results in sound defect free samples. Then, the effect of nano particles addition and number of passes were analyzed in the fabricated samples. Optical and field emission scanning electron microscopy techniques showed that the average grain size in the stirring zone decreases by adding nanoparticles to the matrix and increasing the number of FSP passes. The hardness and the abrasion tests showed that strength and wear resistance of the fabricated samples increases with increase in number of passes. The improvement in the mechanical properties was attributed to the uniform distribution of the reinforcing particle and grain refinement. However, in the FSPed base metal the hardness was decreased due to the dissolution of primary strengthening particles during the FSP process. The result of electrochemical tests indicated that corrosion behavior of the FSPed samples improves by adding the reinforcing particles and increasing the pass number.
    Keywords: Al2024, Nano composite, Friction stir processing, B4C, Mechanical Properties
  • Amir Hossein Eskandari, Mostafa Baghani *, Majid Baniassadi Pages 351-359
    In this paper, employing a thermomechanical constitutive model for shape memory polymers (SMP), a beam element made of SMPs is presented based on the kinematic assumptions of Timoshenko beam theory. Considering the low stiffness of SMPs, the necessity for developing a Timoshenko beam element becomes more prominent. This is due to the fact that relatively thicker beams are required in the design procedure of smart structures. Furthermore, in the design and optimization process of these structures which involves a large number of simulations, we cannot rely only on the time consuming 3D finite element (FE) analyses. In order to properly validate the developed formulations, the numeric results of the present work are compared with those of 3D finite element results of the same authors, previously available in the literature. The parametric study on the material parameters e.g., hard segment volume fraction, viscosity coefficient of different phases, and the external force applied on the structure (during the recovery stage) are conducted on the thermomechanical response of a short I-shape SMP beam. For instance, the maximum beam deflection error in one of the studied examples for the Euler-Bernoulli beam theory is 7.3%, while for the Timoshenko beam theory, is 1.5% with respect to the 3D FE solution. It is noted that for thicker or shorter beams, the error of the Euler-Bernoulli beam theory even more increases. The proposed beam element in this work, could be a fast and reliable tool for modeling 3D computationally expensive simulations.
    Keywords: Shape memory polymer, Timoshenko Beam, Finite element method
  • Simindokht Saemi, Mehrdad Raisee*, Michel Cervantes, Ahmad Nourbakhsh Pages 360-368
    The pressure-time method is a flow rate measurement technique generally employed in hydropower plants to evaluate the efficiency of hydraulic turbines. The 1D numerical simulation incorporating the finite volume method is employed to evaluate the method. The results are compared with the experimental data. The flow is simulated inside a straight pipe with Reynolds number Re=6.76×〖10〗^6. The flow rate reduction curve is employed for the simulation of the deceleration part of the flow, before valve closure, in the pressure-time method. The effective parameters on the flow rate calculation including the friction losses and the definition of the final time of the valve closure are studied in detail. The increase in the accuracy of the flow rate calculation is a function of the increase in the accuracy of the friction loss calculations. The effect of several friction factors proposed for the evaluation of the unsteady flow is studied on the accuracy of the flow rate calculation. The Pezzinga friction factor shows the least error in the flow rate calculation. The available methods to find out the final time of integration still show a large error. A new method is proposed for the flow rate estimation without any need to have the exact time of the valve closure with an acceptable accuracy.
    Keywords: Pressure loss calculation, pressure-time method, final time of integration, transient analysis, flow rate calculation
  • Mehdi Abdollahi Azghan, Reza Eslami-Farsani * Pages 369-376
    In this work, effect of thermal cycling on the flexural properties of fiber-metal laminate (FML) has been evaluated. FML plates were composed by two aluminium 2024-T3 and a epoxy polymer-matrix composites ply formed by four layers of basalt fibers. For FML samples the thermal cycle times were about 6 min for temperature cycles from 25 °C to 115 °C. Flexural properties were evaluated on samples after 20, 35 and 55 thermal cycles, and compared to non-exposed samples. While the thermal cycling decreased the flexural strength of chemical treated FML (etched aluminium), increasing at first, and then decreasing after a while was observed in electrochemical treated FML (anodized aluminium). The flexural modulus of FML showed irregularly changes for both of FML with anodized aluminium and FML with etched aluminium. The energy absorption of FML with etched aluminium showed a sharp decline with increasing thermal cycling while the energy absorption of FML with anodized aluminium showed a Low and irregular changes. Evaluation optical microscope showed that the mechanism of failure for the FML with etched aluminium after thermal cycling changed from failure of FML to separation between layers of FML, while for the FML with anodized aluminium before and after thermal cycling it was failure of FML and it has not changed.
    Keywords: Fiber-metal laminate, Thermal cycling, Basalt fibers, Surface treatment, Flexural properties
  • Amir Farhang Sotoodeh*, Mehrangiz Ghazi, Majid Amidpour Pages 377-387
    In contrast with two stream heat exchangers, the three stream ones owns much more complexity in design and rating and a comprehensive rating method has not been proposed, yet. In this paper, a new rating method is presented in order to be used in three stream plate – fin heat exchangers. Rating, in heat exchangers, means finding out the heat load of the heat exchanger or in the other words calculating the outlet temperature of each stream and furthermore, finding out the pressure drops of each stream. In this paper, the differential equations of energy conservation and heat balance of each steam is extracted and a set of differential equations in terms of outlet temperatures in constructed. The general solution of this set of equations is then extracted. In order to expand the general solution to plate – fin heat exchangers, the geometric, thermal and hydraulic modeling are applied based on fin geometric specification which used rectangular type in this paper without losing generality. Based on all of the extracted equation, a comprehensive algorithm of rating of the three stream plate – fin heat exchangers is presented. In order to evaluate the presented algorithm, a case study is used and the results will be shown. Furthermore. A parametric study is applied to the case study to evaluate the effects of the geometric parameters of the fins such as height and frequency on heat load and pressure drop of the heat exchanger.
    Keywords: Three Stream Plate – Fin Heat Exchanger_Rating_parametric study_Thermal Modeling_Pressure drop_Rectangular Fin
  • Mohammad Hossein Khalesi, Hassan Salarieh*, Mahmoud Saadat Foumani Pages 388-398
    According to numerous capabilities and increasingly military and commercial applications of radio controlled helicopters, many investigations are being performed on these unmanned aircraft vehicles. Due to nonlinear, complex, unstable and coupled dynamic system and also existing limitations on manual control, the ability of automatic control of these vehicles has gained great importance. In this paper, in addition to investigating different methods of unmanned helicopters dynamic modeling, a multi-level simulator environment has been designed and implemented for flight performance analysis and effects of different parameters have been investigated. The main importance and innovation of present simulator is in possibility of dynamic flight simulation of helicopter using different theories for applications like control system design, performance analysis and real flight simulation. The main difference of the utilized methods is in theories and assumptions applied in main rotor and its flapping dynamics modeling. For each level, Kalman filter and control system design have been performed and preliminary results show the acceptable performance of estimator and controller systems. Considering the complexity of real unmanned helicopter behavior compared to previously performed models, the proposed multi-level simulator can be used as an appropriate tool for the first step before real flight tests.
    Keywords: Flight Simulator, dynamic modeling, Unmanned Rotorcraft, Flapping Dynamics
  • Ali Gholizade, Naeim Akbari Shah Khosravi, Reza Mohammadi, Mehdi Ahmadi Najafabadi*, Hossein Heidary Pages 399-405
    Nowadays fiber reinforcement composite are highly regarded, because of their proper mechanical properties and low weight. One of their main ways to assemble is drilling. Drilling causes to many failures such as: delamination, hole shrinkage, fibers pull-out and thermal failures. These failures reduce composite strength specially in fatigue loading. Using of carbon Nano tubes improve mechanical properties such as: hardness, strength, young module and stiffness. This investigation focuses on effect of added carbon Nano tubes Wt% on lifetime of glass/epoxy laminated composites under tensile - tensile fatigue loading. To main this purpose specimens whit different carbon Nano tubes Wt% have been made. They have been drilled by same condition. Then these specimens were subjected to tensile - tensile fatigue loading. AE sensors and microscopic camera were used to validate results. The results indicate that carbon Nano tubes Wt% increase, increase specimens fatigue life.
    Keywords: Composite laminate, carbon Nano tub, Drilling, Fatigue Loading
  • Mir Mohammad Mousavi Nasab, Hamid Fotouhi, Reza Mohammad, Mehdi Ahmadi Najafabadi, Hossein Hosseini Toudeshky Pages 406-412
    Structures during their lifetime experience plenty of static and dynamic loads. These loads cause failure or undermine the structures. So, reinforcement or repairing failed parts is one way to repair out of service structures. Composite materials have been used to reinforce structures. These materials enjoy advantages such as the proportion of their strength to their weight. As these structures get exposed to some load a number of failures get introduced. This research investigates the failure mechanisms of a notched 2024-T3 aluminum plate repaired with a composite patch using visual and acoustic emission methods. After constructing the specimens, tensile test has been conducted, and acoustic emission sensors have been stocked on the surface of the plate, so that they can record acoustic data. At the first stage, mechanical data obtained from the specimens in different states based on the number of layering have been analyzed. At the second stage, acoustic data, obtained from recording of acoustic emission signals, have been compared with the mechanical data. Also the images obtained from SEM were used to investigation of damages. According to this research, it is identified that a reasonable correspondence between the results obtained from mechanical and acoustic data and the desired functionality of the acoustic emission method in determining failure mechanism in those specimens that are repaired with composite patches.
    Keywords: Failure Mechanisms, Composite patch, Aluminum plate, Acoustic Emission
  • Marziyeh Karami, Alireza Tavakolpour-Saleh, Ashkan Norouzi Pages 413-422
    The aims of this research paper are modeling, control and development of a mobile micro-robot equipped with vibratory actuators and investigating the effect of stiffness of microrobot's bases as well as friction coefficient on the robot dynamics. Accordingly, the motion principle of stick-slip is used and two small vibrating motors are utilized to run this micro-robot. First, the differential equations governing the micro-robotic platform are extracted and analyzed. Then, friction forces are calculated by modeling the micro-robot as a lumped system, consisting of three point masses connected together via stiff springs. Next, using mechanical and electrical coupled equations, an appropriate model for the vibratory actuators is obtained. In the next step, simulation process with SIMULINK and MATLAB is carried out and the simulation results are presented. Afterward, the influences of the stiffness of robot's bases as well as the friction coefficient on the motion of robot are investigated. A proportional-integral-derivative (PID) controller is applied to the micro-robot to precisely control its motion. Finally, the construction process and experimental evaluation of the micro-robot are presented. According to the simulation result, the positioning accuracy of the micro robot is about 17 m at its maximum translational velocity. Furthermore, a translational velocity of about 4mm/s corresponding to the reference voltage of 1 V is acquired using experiment.
    Keywords: Micro-robot, vibratory actuator, friction force
  • Saeed Khalili Sarbangoli, Leili Garousi Farshi Pages 423-432
    In this article the effect of using ejector on the thermodynamic performance of the hybrid heat pump is evaluated. With simulation of the new hybrid-ejector heat pump in the EES software, first the effect of the ejector mixing section diameter on the results is analyzed and it is concluded that a diameter of about 15mm makes the primary energy ratio (PER, the ratio of useful thermal energy output to the total initial heat energy input) and second law efficiency of the heat pump to be maximum and the exit temperature of the compressor to be minimum. Next, PER, second law efficiency and the compressor exit temperature of new heat pump are compared with those of the conventional hybrid heat pump at the same amount and temperature of the input heat. The results showed that the PER and second law efficiency of the new layout is maximum 10 percent and about 18 percent higher than those of the hybrid cycle respectively. It is also observed that with considering the restriction in compressor exit temperature, in new system, it is possible to increase the temperature of input heat 35C more compared to the increase that can be occurred in the hybrid system. Finally, the analysis of the relative exergy losses in the components of the systems revealed that in the new layout, the relative exergy losses of throttling valve, desorber, compressor and absorber were reduced and improved the performance of this cycle.
    Keywords: hybrid heat pump, Waste heat recovery, compressor exit temperature, compressor exit pressure, ammonia, water
  • Sharif Gharib, Hassan Hassanzadeh Pages 433-443
    To get the real answer a PEM fuel cell system to load changing, dynamic modeling is necessary because static modeling independent of time and it shows the system performance in just one or a few points. In this study, the dynamic performance of a PEM fuel cell stack is modeled in the Matlab Simulink and is validated by the data available in the literature. Modeling is done in two parts; in the first part, the input gases to the fuel cell stack are dray and the second part, the gases entering to the stack are humidification. In order to investigate dynamic response of system to rapid changes in electrical current, the variable electrical current is entered into the system step by step then the effect of this change on output voltage, consumption of reactants, temperature and pressure are obtained. Analyzing results of first part indicates that the time delay of system response to electrical current changes. With increasing the electrical current, the temperature of cell body, consumption of reactants and amount of input gases into the anode and the cathode channels are increased. The temperature of anode and cathode channels and fuel cell body are different and with increasing the stack power are more differences. Analyzing the results of second part indicates that with increasing the relative humidity of input gases the ohmic loss and so on the body temperature of fuel cell is decreased.
    Keywords: dynamic modeling, stack, PEM fuel cell, Humidification
  • Negin Moallemi Khiavi, Mehdi Maerefat, Alireza Zolfaghari Pages 444-450
    The standard and conventional thermal comfort models such as Gagge and Fangar models are only applicable in uniform thermal environments and predict the overall thermal sensation based on mean environmental and individual parameters and are not capable of evaluation of local thermal sensations of different body parts. But Under non-uniform conditions, the human body’s segments may experience a wide range of physical parameters such as air temperature, radiation temperature and air velocity. So the response of the people to non-uniform conditions depends on local thermal sensation not on overall thermal sensation. Nowadays, thermal comfort in non-uniform environments may be predicted using experiments in the climate chambers or in automobiles and the proposed models are based on the regression analysis of the experimental data from different subjects in special conditions. So the propose of this work is proposing a model for evaluation of local thermal sensation of different body segments and overall thermal sensation in non-uniform environments. In the new model, temperature and physiological mechanisms of different body parts are obtained by 16-segment Tanabe model and then the local and overall thermal sensations are evaluated by the University of Berkeley model. The comparison of obtained results by new model with available experimental data shows good agreement between them.
    Keywords: Local Thermal Sensation, Overall Thermal Sensation, Non-Uniform Environments