فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاهم شماره 1 (فروردین و اردیبهشت 1397)
  • سال پنجاهم شماره 1 (فروردین و اردیبهشت 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/02/01
  • تعداد عناوین: 19
|
  • مقاله پژوهشی
  • محمد علی شاهی آشتیانی، علیرضا علی پور* صفحات 3-14
    فرآیند طراحی یک سامانه پیچیده دربردارنده سه بخش طراحی مفهومی، طراحی اولیه و طراحی جزئیات می باشد که نخستین و مهمترین آن فرایند طراحی مفهومی است. در سا لهای گذشته معیارهایی همچون سازگاری با محیط زیست، کاهش سوخت مصوفی و زمان طراحی، طراحی خانوادگی، بازیاف تپذیری و غیره به معیارهای سنتی طراحی همچون ماندگاری، قابلیت اطمینان، عملکرد و زیبایی افزوده شد هاست که سبب افزایش همگیرایی بین نیازمند ی های یک محصول و پیچیده شدن فرآیند طراحی مفهومی آن شده است. بنابراین طراحان نیازمند بکارگیری روش های نوین برای طراحی سامان ه های پیچیده هستند که ضمن اجابت همزمان نیازهای نوین و سنتی، توانایی کاهش تکرار پذیری و پیچیدگی در فرآیند طراحی محصول را نیز داشته باشد. هدف از این تحقیق، بهر هگیری از روش طراحی اصل محور در فرآیند طراحی مفهومی دم یک هواپیما است تا میزان کارایی این روش در انتخاب پیکربندی مناسب، کاهش میزان تکرار و اجابت متوازن نیازمند ی های دم هواپیما را مورد ارزیابی قرار دهد. در همین راستا برای تبدیل نیازمندی مشتری به شاخ صهای طراحی، از روش ارتقا تابع کیفیت نیز بهره گرفته شد هاست. نتایج این تحقیق نشا ندهنده این است که ترکیب روش ارتقاء تابع کیفیت و طراحی اصل محور تاثیر به سزایی بر افزایش خلاقیت، کاهش تکرا رپذیری، شناسایی مناسب نیازهای مشتری و در نهایت انتخاب مناسب طرح دارد.
    کلیدواژگان: طراحی مفهومی، تکرار در فرایند طراحی، نیازهای مشتری، طراحی اصل محور، روش ارتقاء تابع کیفیت
  • سهیل رضوی*، علیرضا شوشتری صفحات 15-24
    در این تحقیق، ارتعاش آزاد ورق مستطیلی هوشمند دولایه ای متشکل از یک لایه کامپوزیتی تقویت شده با نانولوله های کربنی تک جداره و یک لایه هوشمند چندفازی مگنتوالکتروالاستیک بررسی شده است. نانولوله های کربن به صورت یکنواخت در راستای ضخامت لایه کامپوزیتی توزیع شده اند. دمای محیط به صورت یکنواخت تغییر می کند. ورق بر روی تکیه گاه ساده قرار گرفته شده و تحت بارگذاری های الکتریکی و مغناطیسی می باشد. از نظریه برشی مرتبه اول ورق ها برای تعیین معادلات حرکت ورق استفاده شده و از قوانین گاوس برای حالت های الکترواستاتیک و مگنتواستاتیک برای مدل سازی رفتار مگنتوالکتریک استفاده شده است. با بیان متغیرهای تعمیم یافته ورق به صورت سری فوریه دوگانه و استفاده از روابط تعامد توابع مثلثاتی، معادلات دیفرانسیل جزئی به دستگاه معادله جبری برحسب بسامد طبیعی ورق تبدیل گردیده اند و رابطه ای تحلیلی برای بسامد طبیعی اصلی ورق به دست آمده است. پس از صحه گذاری مدل پیشنهادی، مثال هایی برای بررسی اثرات پارامترهای مختلف بر روی پاسخ ارتعاش آزاد این ورق هوشمند ارائه شده اند.
    کلیدواژگان: ارتعاش آزاد، ورق مستطیلی، کامپوزیت تقویت شده با نانو لوله کربنی، لایه مگنتوالکتروالاستیک
  • رسول محرمی*، احمد درودی، محمد جواد تقیلو صفحات 25-32
    در این مقاله از روش تداخل سنجی لک وپیسی چینشی دیجیتالی برای محاسبه کرنش استفاده شده است. یک تصویر قبل از بارگذاری و چهار تصویر بعد از بارگذاری به روش تغییر فاز، ثبت شده است. با کم کردن شدت اولیه از چهار شدت بعد از بارگذاری، چهار شدت جدید بدست می آید که از روی آنها فاز محاسبه و کرنش از روی فاز بدست می آید. برای انجام این کار از سیستم اصلاح شده مایکلسون به عنوان ابزار چینش استفاده شده است. قطعه مورد آزمایش یک صفحه آلومینیومی با ابعاد 1×35×35 میلیمتر می باشد که از چهار طرف گیردار بوده و در مرکز صفحه تحت جابجایی نقطه ای قرار دارد. برای اعمال جابجایی، فیکسچری ساخته شد که توانایی اعمال جابجایی های بیشتر از 3 میکرون را داشت. از دو لیزر دیودی با طول موج 630 نانومتر به عنوان منبع نور برای تابش روی قطعه از دو زاویه ی یکسان و متقابل استفاده شد. با توجه به اینکه در اندازه گیری تجربی شرایط واقعی بوده ولی در تحلیل عددی شرایط ایده آلی در نظر گرفته شده، رفتار دو نمودار حاصل از اندازه گیری تجربی و تحلیل عددی تقریبا یکسان می باشد، در بخش تحلیل خطا، خطای نسبی ناشی از عوامل تاثیرگذار در اندازه گیری تجربی محاسبه شده و حدود 18 درصد حاصل گردیده است.
    کلیدواژگان: اندازه گیری کرنش، تداخل سنجی لک وپیسی، تداخل سنجی چینشی دیجیتالی، تکنیک تغییر فاز
  • کیوان ترابی*، حسن افشاری صفحات 33-46
    در این پژوهش ابتدا معادلات حاکم بر توزیع دما و تحلیل تنش های مکانیکی و حرارتی در یک دیسک دوار با ضخامت و خواص متغیر در راستای شعاعی استخراج می شوند. تمامی خواص مکانیکی و حرارتی ماده بر اساس یک تابع توانی تغییر می کنند بطوریکه که کسر حجمی ماده در راستای شعاعی بین دو مقدار دلخواه تغییر می کند. در استخراج معادلات حرارت، انتقال حرارت همرفتی از طریق سطوح دو طرف دیسک نیز در نظر گرفته می شوند و شرایط مرزی حرارتی دیسک به شکل شرایط دما ثابت در لبه ی داخلی و انتقال حرارت همرفتی در لبه ی خارجی دیسک در نظر گرفته می شود. تغییرات ضریب انتقال حرارت همرفتی در راستای شعاعی و وابستگی آن به سرعت زاوی های دیسک نیز در نظر گرفته شده اند. با توجه به پیچیدگی های موجود در معادلات، از روش تفاضلات مربعی برای حل تمامی معادلات استفاده شده و توزیع دما و مولفه های تنش و جابجایی در دیسک بدست خواهند آمد. در نهایت تاثیر چگونگی تغییرات ضخامت و خواص ماده در راستای شعاعی بر روی توزیع دما، تنش و جابجایی در دیسک بررسی می گردد. در نهایت با استفاده از مدل تامورا-توموتا-اوزاوا و از طریق مقایسه ی تنش ها با مقادیر مجاز بدست آمده، تسلیم یا عدم تسلیم در نقاط مختلف دیسک بررسی می گردد.
    کلیدواژگان: تحلیل مکانیکی-حرارتی، دیسک دوار، مواد مدرج تابعی، مدل تامورا-توموتا-اوزاوا، روش تفاضلات مربعی
  • محمد کاوسی سیسی، محمود شاکری *، مجتبی صدیقی صفحات 47-62
    یکی از مسائل کاربردی در پدیده برخورد، بررسی ضربه های غیر هم زمان به سازه است. در این پژوهش، تحلیل دینامیکی ضربه های سرعت پایین در زمان ها و محل های دلخواه روی ورق های چندلایه کامپوزیتی ارتوتروپ صورت گرفته است. ابتدا معادلات دینامیکی ورق با استفاده از اصل همیلتون و با فرض تئوری کلاسیک و تغییر شکل های کوچک و در نظر گرفتن قانون تماس هرتز در مدلسازی برخورد ضربه زننده با هدف بدست آمده است. در ادامه، حل دقیق مسئله با بسط میدان جابجایی و بارگذاری به صورت توابع فوریه دوبعدی ارائه شده است. صحت سنجی نتایج بدست آمده در قیاس با مقالات به همراه تحلیل همگرایی پاسخ دینامیکی، نشان دهنده اعتبار آن هاست. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که زمان و محل ضربه ها نقش موثری در برهم نهی امواج ایجاد شده و در نتیجه مقدار حداکثر نیروی تماس، کمینه و بیشینه جابجایی عرضی ایجاد شده در سازه و همچنین مقدار انرژی جذب شده توسط آن را دارد. مدلسازی ضربه های غیرهم زمان سرعت پایین در آزمایش سقوط آزاد، یکی دیگر از نتایج قابل توجه بدست آمده در این پژوهش است که می تواند جایگزین آزمایش های متعدد شده و هزینه های آزمایش را کاهش دهد.
    کلیدواژگان: ورق چندلایه کامپوزیتی، ضربه های غیرهم زمان سرعت پایین، مکان های دلخواه، اصل همیلتون
  • جمشید فضیلتی * صفحات 63-72
    رفتار دینامیکی پنل ساخته شده از مواد مرکب لایه ای مواجه با تحریک مکانیکی هارمونیک داخل صفحه با استفاده از روش نوار محدود مورد بررسی قرار گرفته است. به صورت پیش فرض، یک محدوده جدایی لایه ای مربعی پیش از تحریک در ساختار پنل وجود دارد. رشد ترک جدایی در مساله مد نظر نبوده است و با توجه به خطی بودن مساله، اثرات اصطکاک و تماس بین دو سطح جدایی لحاظ نشده است. تحریک مکانیکی داخل صفحه در راستای طولی و در حالت کلی شامل مولفه های ثابت و متغیر با زمان در نظر گرفته و مساله کمانش استاتیک، بسامدهای طبیعی و نیز ناپایداری پارامتری مدل بررسی شده است. تحریک مکانیکی به صورت تنش در کل سطح مدل توزیع شده و رفتار دینامیکی مدل با استفاده از فرمولاسیون توسعه یافته نوار محدود اسپلاین بر پایه اصل کار مجازی و با استفاده از نظریه مرتبه سوم برش عرضی به روش تقریب مرتبه اول بولوتین استخراج می شود. با هدف ارائه قابلیت فرمولاسیون توسعه یافته در پی شبینی مشخصات رفتاری سازه، برخی مسائل موجود در منابع حل، مقایسه و سپس برخی مسائل جدید ارائه شده است. اثرات تغییر بارگذاری، لایه چینی و قیود مرزی بر مشخصات پایداری مدل مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: رفتار دینامیکی، مواد مرکب لایه ای، نظریه مرتبه بالای برش عرضی، روش نوار محدود، جدایی لایه ای
  • فرزاد ابراهیمی*، سجاد حبیبی صفحات 73-90
    در این مقاله، پاسخ دینامیکی غیرخطی ورق کامپوزیتی چندلایه تقویت شده با فیبر کربن و نانولوله های کربنی تحت بارگذاری مختلف مکانیکی و گرادیان حرارتی بر روی بستر الاستیک وینکلر-پسترناک مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات حاکم براساس نظریه برشی هایپربولیک معکوس و روابط غیرخطی کرنش ون کارمن استخراج شده و با استفاده از اجزا محدود حل می شود. نانولوله های کربن به صورت تصادفی و نامنظم در ماتریس پخش شده اند و خواص کامپوزیت سه فازی با ترکیبی از معادلات هالپین تسای و مدل میکرومکانیکی به صورت سلسله مراتبی به دست آمده است. تغییرات دما در راستای ضخامت ورق، یکنواخت، خطی و غیرخطی و چهار نوع بار ضرب های شامل نیم سینوسی، مثلثی، توانی ، پله ای و یکنواخت در نظر گرفته شده است. نتایج عددی نشان می دهد با افزودن نانولوله به کامپوزیت میزان خیز مرکز ورق کاهش پیدا می کند. کاهش خیز برای نانولوله های چند جداره مقدار کمتری نسبت به نانولوله های تک جداره دارد. همچنین مشاهده می شود که در محیط حرارتی افزایش تا % 1 وزنی نانولوله می تواند خیز مرکز ورق را کاهش دهد و پس از آن افزایش نانولوله تغییر قابل مشاهده ای برای خیز ورق دربرندارد.
    کلیدواژگان: پاسخ دینامیکی غیرخطی، نانولوله کربنی، محیط حرارتی، نانوکامپوزیت چند فازی، نظریه برشی هایپربولیک
  • بهنام مرادی، مسعود عسگری* صفحات 91-102
    با توجه به دشواری انجام آزمون های واقعی و اهمیت مدل سازی دقیق آسیب های مغزی در این پژوهش مدل اجزا محدود سر انسان به منظور بررسی انواع مختلف آسیب های مغزی توسعه داده شده است. با استفاده از 233 مقطع تصویربرداری تشدید مغناطیسی از سر یک فرد 42 ساله و پردازش تصویر مدل هندسی بافت های استخوان جمجمه، پرده مننژ و مغز استخراج و ویرایش شده اند. خواص مکانیکی مربوط به هر یک ازبافت ها با استفاده از مدل های ساختاری مناسب غیرخطی استخراج شده و اعتبارسنجی با استفاده از داده های آزمایشگاهی موجود انجام شده است. با توجه به اثرات بسیار شدید ناشی از تصادف از کنار و آسیب پذیری بیشتر سرنشین در این موارد داده های شتاب در ناحیه سر در یک آزمایش تصادف از کنار در یک مدل سازی تصادف به دست آمده و به مدل اجزا محدود اعمال شده است. معیارهای آسیب مربوطه بر اساس داده های حاصل از شبیه سازی استخراج شده که نشان می دهند شتاب دورانی وارد شده به سر با دلیل افزایش فشار در پرده مننژ و ایجاد کرنش زیاد در بافت مغز موجب پارگی سرخرگ ها و سیاهرگ های مغزی شده و بیشترین سهم را در شدت آسیب های مغزی دارد. درحالیکه شتاب خطی به تنهایی منجر به آسیب های شدیدی در مغز نمی شود.
    کلیدواژگان: بیومکانیک، آسیب مغز، تصادف از کنار، مدل اجزا محدود سر
  • رضا بنازاده*، محمد ریاحی، مرتضی آیینه روایی صفحات 103-112
    توربین های گازی نقش بسیار مهمی را در نیروگاه های کشور به منظور تولید برق بر عهده دارند و پره ها از حساس ترین قطعات در توربین های گازی به شمار می روند. خرابی پره ها در یک توربین گاز منجر به وارد آمدن خسارت به ردیف های بعدی توربین و خاموشی نیروگاه خواهد شد، که می تواند هزینه های زیادی را در پی داشته باشد. در مقاله حاضر علل شکست یک پره توربین گازی GE-F5 با انجام آزمایشات مکانیکی و متالورژیکی مورد بررسی قرار گرفته است. پره موردنظر سوپر آلیاژ پایه نیکل اینکونل LC738 بوده است که پس از حدود 65000 ساعت سرویس در حین کارکرد دچار حادثه شده است. در اثر این حادثه، قسمت های متعددی از توربین دچار آسیب-های شدید شدند. بازرسی چشمی، اندازه گیری سختی، آنالیز ترکیب شیمیایی، بررسی ریزساختار و بررسی متالورژیکی سطح شکست به منظور تشخیص علل اصلی شکست پره انجام گرفتند. بررسی ها نشان داد که حفره های قابل توجهی در سطح پره به وجود آمده و شواهد نشان از پیشرفت این حفره ها و ترک ها به دلیل وجود پدیده خستگی دارند. با بررسی سطح شکست مشخص شد ترک اولیه به دلیل پدیده خوردگی داغ ایجاد شده و با سازوکار خستگی از لبه حمله پره پیشروی کرده است که منجر به کاهش سطح مقطع شده و شکست رخ داده است.
    کلیدواژگان: اینکونل 738LC، متالوگرافی، شکست پره، خستگی، توربین گازی
  • مهدی هاشمی، محسن اصغری * صفحات 113-124
    در این مقاله برای اولین بار فرمولاسیون اجزا محدود سه بعدی سامانه روتور، متشکل از میکروشافت دوار و دیسک های متصله براساس نظریه گرادیان کرنشی به منظور بررسی رفتار دینامیکی یا مشخصات ارتعاشاتی این سامانه ارائه شده است. مدل مذکور این امکان را فراهم می کند که ضمن در نظر گرفتن اثرات ناشی از قرار داشتن هندسه سامانه در ابعاد میکرو، تاثیرات مربوط به غیرصلب بودن یاتاقان ها، میرایی داخلی و نامیزانی در میکروروتور را مورد مطالعه قرار دهد. برای ارائه این فرمولاسیون، در ابتدا روابط مربوط به انرژی کرنشی سامانه براساس نظریه گرادیان کرنشی و انرژی جنبشی سامانه با وجود نامیزانی در دیسک حین حرکت عرضی، همراه با جملات مربوط به اینرسی ناشی از دوران و گشتاور ژیرسکوپیک بیان گردیده اند. سپس با استفاده از اصل تعمیم یافته همیلتون به منظور دستیابی به فرم ضعیف شده معادلات و تقریب متغیرهای مربوط به مولفه های جابه جایی عرضی میکروروتور با توابع شکل مناسب، معادلات حرکت گسسته سازی شده اند و برای اولین بار ماتریس های جرم شافت و دیسک، اینرسی دورانی شافت و دیسک، میرایی یاتاقان، ژیرسکوپیکی شافت و دیسک، سختی و نیز ماتریس چرخشی براساس نظریه گرادیان کرنش برای سامانه روتور تعیین شده اند. به عنوان مثال هایی، مشخصات ارتعاشاتی سامانه میکروروتوری و نیز پاسخ سامانه در برابر حضور نامیزانی در دیسک آن ارائه شده است. نتایج عددی ارائه شده بعد از صحه گذاری مدل پیشنهادی، بیانگر تاثیر بارز ثابت مادی مرتبه بالابر مشخصات ارتعاشاتی میکروروتور شامل بسامدهای طبیعی، سرعت دورانی بحرانی، سرعت دورانی در آستانه ناپایداری سامانه و همچنین پاسخ سامانه در اثر حضور نامیزانی جرمی در دیسک می باشد.
    کلیدواژگان: میکرو روتور، نظریه گرادیان کرنش، ارتعاشات آزاد و اجباری، یاتاقان انعطاف پذیر، نامیزانی
  • اکبر دواق، حمید معین فرد*، محید معاونیان صفحات 125-136
    یک روش معمول به منظور بهینه کردن سفتی درجه آزادی یک سازوکار منعطف استفاده از یک جسم صلب میانی در تیرهای منعطف آن است. هدف این مقاله، بررسی ارتعاشات آزاد غیرخطی یک تیر منعطف با بخش میانی صلب است که درانتهای آن یک جرم متمرکز وصل شده است. به منظور تعیین معادلات دیفرانسیل جزئی غیرخطی حاکم بر رفتار تیر از اصل همیلتون استفاده می شود. سپس شکل مدهای خطی شده و بی بعد تیر منعطف به روش تحلیلی محاسبه می شود و با نتایج حاصله از نرم افزار آباکوس مقایسه می گردد. به کمک شکل مد اول سازوکار و معادلات لاگرانژ، معادلات دیفرانسیل دینامیکی حاکم به دست می آید. آنگاه این معادلات به صورت عددی به کمک نرم افزار متلب حل می گردد. تبدیل فوریه گسسته پاسخ های دینامیکی نشان می دهد که پاسخ دینامیکی عرضی تنها یک بسامد اصلی دارد؛ در حالی که پاسخ های محوری دینامیکی دارای سه بسامد اصلی می باشد. مشاهده می شود که این بسامدها، همان بسامدهای طبیعی سامانه خطی است که به صورت تحلیلی با فرم بسته قابل ارائه هستند. رویکرد ارائه شده در این پژوهش می تواند برای تحلیل و بهینه سازی رفتار دینامیکی سازوکارهای منعطف مورد استفاده قرار بگیرد.
    کلیدواژگان: تیر منعطف با بخش میانی صلب، ارتعاش غیر خطی، شکل مد، تحلیل فرکانسی
  • عباس زندی باغچه مریم، محمد حسینی * صفحات 137-150
    در این مقاله پاسخ دینامیکی نانولوله کربنی حامل سیال تحت نیروی متحرک هارمونیک با استفاده از روش تحلیلی تابع گرین بررسی شده است. نتایج این بررسی برای چهار شرایط مرزی مختلف، دوسرگیردار، یک سر گیردار - یک سرمفصل، یک-سرمفصل - یک سرگیردار و دوسرمفصل به دست آمده است. نیروی متحرک با سرعت یکنواخت، شتاب تندشونده و شتاب کندشونده و جریان سیال با سرعت یکنواخت حرکت می کند. به-منظور تحلیل پاسخ دینامیکی نانولوله کربنی از تبدیل لاپلاس و تابع گرین استفاده شده است، که می توان حل دقیقی از تغییر مکان با استفاده از این روش ها به دست آورد. در این بررسی تاثیر تغییرات پارامترهای مختلف از جمله ضریب ویسکوالاستیک، سرعت جریان سیال و نیروی متحرک، پارامتر مقیاس طول، شرایط مرزی، ضریب میرایی و حالت های حرکت نیرو بر تغییر مکان نانولوله کربنی مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که پارامترهای ذکر شده، تاثیر قابل توجهی در تغییر مکان نانولوله کربنی دارند. مشاهده گردید که تغییر مکان دینامیکی به پارامتر مقیاس طول بسیار حساس بوده به طوری که افزایش آن موجب افزایش تغییر مکان و کاهش سفتی سیستم می شود.
    کلیدواژگان: نانولوله کربنی حامل سیال، روش تابع گرین، نیروی متحرک هارمونیک، شرایط مرزی مختلف، حالت های مختلف حرکت نیرو
  • علیرضا شوشتری *، وحید عطابخشیان صفحات 151-162
    پایداری دینامیکی و ارتعاشات غیرخطی استوانه هوشمند جدار نازک، تحت عبور جریان سیال داخلی، نیروی تحریک متمرکز خارجی و گرادیان حرارتی یکنواخت، در این نوشتار مورد بررسی قرار می گیرد. جنس پوسته از مواد پیزوسرامیک مقاوم در برابر سیال در نظر گرفته شده و با استفاده از مدل غیرخطی پوسته استوانه ای مدل سازی می شود. جریان سیال عبوری غیر قابلتراکم، غیر چرخشی، غیر لزج و ایزنتروپیک فرض شده و مدل سازی دینامیکی آن نیز با استفاده از تابع اسکالر پتانسیل جریان صورت می پذیرد. دستگاه معادلات کوپله شده و غیرخطی حرکت حاکم بر سامانه با استفاده از روش انرژی و بسط مودهای جاب هجایی و الکتریکی حاصل گردیده که با حل دسته معادلات مرتبط با شارژ الکتریکی واجفت می گردند. در ادامه ابتدا با حذف جملات غیرخطی در معادلات حرکت و حل مساله مقدار ویژه مودهای ارتعاشی سامانه، سرعت بحرانی و نواحی پایدار سامانه استخراج گردیده و سپس با استفاده مدل فضای حالت و انتگرال گیری عددی مرتبه چهار رانج کوتا پاسخ الکتروترمودینامیکی غیرخطی سامانه حاصل گردیده است. نتایج حاصله ارتباط مستقیم میزان پتانسیل القایی در پوسته با دامنه ارتعاشات عرضی آن را نشان داده که به منظور استفاده در هشداردهنده های ناپایداری کاربرد دارد.
    کلیدواژگان: مواد پیزوالکتریک، پایداری دینامیکی، ارتعاشات القایی، سیال، تحلیل غیرخطی
  • مهدی نبی پور، منصور کبگانیان، فرهاد فانی صابری * صفحات 163-174
    در این مقاله پس از معرفی مختصری از شبیه ساز سمت دانشگاه صنعتی امیرکبیر به استخراج روابط حاکم بر آن پرداخته می شود. به دلیل وجود اصطکاک در یاتاقان های شبیه ساز سمت، در دینامیک شبیه ساز از مدل اصطکاک ویسکوز برای مدل سازی اصطکاک در یاتاقان ها استفاده می شود. هدف این مقاله طراحی یک کنترل کننده وضعیت تطبیقی برای کنترل شبیه ساز سمت و تخمین ضرایب اصطکاک ویسکوز یاتاقان ها می باشد. به منظور جلوگیری از پدیده تکینگی در روابط حاکم، از پارامترهای رودریگز برای نمایش سینماتیک شبیه ساز استفاده می شود. ابتدا روابط حاکم بر شبیه ساز به فرم رباتیکی استخراج می شود. سپس پارامترهای تانسور ممان اینرسی شبیه ساز سمت و ضرایب اصطکاک ویسکوز به عنوان پارامترهای نامعلوم سامانه انتخاب م یشوند. در مرحله بعد با تعریف یک تابع لیاپانوف و بررسی پایداری سامانه، پارامترها به گون های تخمین زده م یشوند که خطا محدود شده و سامانه پایدار گردد. در مرحله بعد شبیه سازی سامانه در نرم افزار متلب انجام شده و تخمین پارامترهای تانسور اینرسی و ضرایب اصطکاک ویسکوز به دست می آیند. در نهایت با به دست آمدن نمودارهای مربوط به سرعت عملگرهای چرخ عکس العملی نشان داده خواهد شد که این کنترل کننده وضعیت قابلیت پیاده سازی بر روی شبیه ساز سمت امیرکبیر را دارد.
    کلیدواژگان: ماهواره، شبیه ساز سمت، فرم رباتیکی دینامیک ماهواره، کنترل تطبیقی، تخمین پارامترها
  • محمدرضا زین العابدینی، منصور رفیعیان * صفحات 175-188
    در این پژوهش معادلات حاکم بر لنگش آزاد و اجباری یک محور حامل تعداد دلخواه دیسک استخراج شده است. محور با استفاده از تئوری تیر تیموشنکو و افزودن اثرات ژیروسکوپی مدل سازی شده و دیسک ها به صورت اجرام متمرکز دارای اینرسی های انتقالی و دورانی در نظر گرفته شده اند. دو نوع گسترده و متمرکز از نیروی محوری نیز بر روی هر دیسک در نظر گرفته شده که تابعی از زمان بوده و محل نیروی متمرکز نیز نقطه ای دلخواه بر روی دیسک در نظر گرفته شده است. نیروی عرضی ناشی از نامیزانی جرم در دیسک ها و وزن کل مجموعه در تحلیل لنگش اجباری در نظر گرفته شده اند. در تحلیل لنگش اجباری، خیز استاتیکی محور به عنوان شرایط اولیه در نظر گرفته شده است و فرض بر آن است که سرعت دورانی محور از حالت سکون رفته رفته افزایش یافته تا در مدت زمان مشخص به مقدار نامی خود برسد. برای شرایط مرزی ساده در دو طرف محور و با استفاده از روش گالرکین لنگش آزاد محور بررسی شده و سپس با استفاده از روش های گالرکین و نیومارک- بتا، لنگش اجباری محور مورد تحلیل قرار گرفته است. در تحلیل لنگش آزاد فرکانس های پیشرو و پسرو و همچنین دیاگرام کمپبل برای محور رسم شده اند و در تحلیل لنگش اجباری نمودار تغییرات زمانی خیز، گشتاور خمشی و نیروی برشی در نقاط دلخواه از محور رسم شده اند. از نکات برجسته ی این تحقیق می توان به این مورد اشاره نمود که در مقایسه با تحلیل لنگش آزاد، لنگش اجباری محورها بسیار کم مورد توجه محققین قرار گرفته است که این مورد در این مقاله بررسی شده است. همچنین در نظر گرفتن سرعت زاویه ای متغیر با زمان، نیروی محوری متغیر با مکان و زمان و عدم وجود محدودیت در تعداد دیسک های موجود بر روی محور از دیگر نقاط برجسته ی این پژوهش می باشند؛ این موارد باعث شده اند که مساله ی بررسی شده هر چه بیشتر به آنچه در واقعیت رخ می دهد نزدیک تر باشد.
    کلیدواژگان: لنگش، محور دوار، نیروی محوری، نامیزانی
  • فرید شاهمیری *، یاسین سرافراز صفحات 189-196
    در این مقاله پاسخ های دینامیکی مستقیم و غیر مستقیم بالگرد با استفاده از مدل دینامیکی سرعت القایی روتور اصلی بررسی می شود. مدل دینامیکی سرعت القایی، یک مدل متشکل از حاصل ضرب یک چند جمله ای لژاندر کانونی در یک تابع مثلثاتی با تعداد هارمونیک دلخواه و با ضرایب وابسته به زمان است. علت انتخاب این مدل تطابق آن با جواب های کلی معادله دیفرانسیل پاره ای لاپلاس فشار در دستگاه مختصات بیضوی برای جریان تراکم ناپذیر است که پیشتر با استفاده از روش جداسازی متغیرها و اعمال شرط گسستگی فشار درسطح روتور اصلی و فرض جریان استوانه ای در هم تنیده در پایین دست روتور اصلی محاسبه گردید. اما نوآوری این تحقیق در انتخاب این مدل دینامیکی برای محاسبه سرعت القایی و الصاق آن به سایر معادلات دینامیکی شش درجه آزادی بالگرد (بدنه صلب، روتور اصلی با پره های الاستیک، روتور دم، دم افقی و عمودی) بدون نیاز به گسسته سازی روابط در حوزه زمان است. با استفاده از این مدل امکان محاسبه نیروها و گشتاورهای آیرودینامیک پره های روتور اصلی بدون نیاز به روابط پپچیده آیرودینامیک غیردائم میسر می شود. علاوه بر این، جلوگیری از تکیدگی جواب ها در فواصل مکانی مشخص از روتور اصلی از دیگر نقاط قوت این مدل دینامیکی است. نتایج حاصل از شبیه سازی دینامیکی بالگرد با استفاده از مدل دینامیکی مذکور با فرض چند جمله ای درجه شش و تابع مثلثاتی با چهار هارمونیک که منجر به 28 معادله دیفرانسیل مرتبه اول شد در مقایسه با نتایج تست پرواز موجود متضمن بهبود کیفی و کمی در پیش بینی پاسخ های دینامیکی مستقیم و غیر مستقیم بالگرد در پرواز کروز است.
    کلیدواژگان: بالگرد - روتور اصلی، مدل دینامیکی سرعت القایی، شبیه سازی دینامیکی
  • علی قدمی، سید احمد فاضل زاده حقیقی*، عباس مزیدی صفحات 197-206
    در این مقاله فلاتر یک بال تطبیقی با تنظیم موقعیت تیرک مورد بررسی قرار گرفته است. بر خلاف مدل های دوبعدی که معمولا در پژوهش های پیشین برای شبیه سازی این نوع بال به کار گرفته شده اند، در این تحقیق بال با تغییر مکان تیرک ها با زاویه عقبگرد و بارگذاری آیرودینامیک ناپایا مدلسازی شده است. دو تیرک اصلی که در راستای طولی بال یکنواخت هستند و می‏توانند در راستای وتر ایرفویل حرکت نمایند در نظر گرفته شده است. معادلات حرکت، با در نظر گرفتن مودهای خمش و پیچش، با استفاده از اصل هامیلتون، به دست آمده‏اند. جهت استفاده از این اصل، انرژی های جنبشی، پتانسیل و کار مجازی نیروها برای تیرک ها و بال به طور جداگانه بدست آمده است و سپس مجموع آنها در اصل هامیلتون جایگذاری شده است. به منظور شبیه سازی نیروهای آیروالاستیک بر روی بال، از مدل ناپایای پیترز استفاده شده است و داده های عددی با استفاده از روش حل تقریبی گالرکین آنالیز و نسبت به مطالعات قبلی اعتبارسنجی شده است که نتایج همخوانی قابل ‏قبولی دارد. جهت بررسی و ارائه ی نتایج، چهار حالت مختلف حرکت برای دو تیرک در نظر گرفته شده است که با توجه به سرعت هر تیرک که در حالت های مختلف متفاوت می باشد، موقعیت ابتدایی و نهایی تیرک ها مشخص می گردد. مقایسه بال تطبیقی با بال ساده در شرایط یکسان نشان می دهد که در بال های تطبیقی سرعت و فرکانس فلاتر افزایش می یابد. سپس اثر پارامترهای طراحی مختلف بر رفتار آیروالاستیک بال تطبیقی هواپیما مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که این پارامترها می‏توانند تاثیر قابل‏ توجهی بر روی محدوده پایداری این بال‏ها بگذارند. نتایج نشان می دهند که با افزایش ضخامت پوسته ی بال و ضخامت تیرک ها، سرعت فلاتر کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: بال تطبیقی، تنظیم موقعیت تیرک، فلاتر، مدل بارگذاری ناپایا
  • احسان فنی، علیرضا خدایاری * صفحات 207-218
    در این مقاله یک الگوریتم هوشمند جدید برای تشخیص و شناسایی علائم راهنمایی و رانندگی، براساس پردازش تصویر و منطق فازی، ارائه می شود. این الگوریتم شامل سه مرحله پیش پردازش، تشخیص و شناسایی می باشد. در مرحله پیش پردازش با اعمال الگوریتم های پردازش تصویر، تغییرات به منظور بهبود کیفیت تصویر دریافتی و حذف داده های نامرتبط با هدف مورد نظر انجام می گیرد. در مرحله شناسایی یک الگوریتم بینایی ماشین هوشمند برای استخراج مفاهیم علائم راهنمایی و رانندگی استفاده شده است. به منظور کاهش زمان عملیات و افزایش دقت الگوریتم شناسایی، مرحله تشخیص طراحی شده است. در این مرحله، کاندیداهای علائم راهنمایی و رانندگی با دقت بیشتری انتخاب و در اختیار مرحله شناسایی قرار می گیرند. در تمام مراحل پردازش تصویر و بینایی ماشین، که شامل پردازش های سطح پایین و پردازش های سطح بالا و پیچیده می باشد، از منطق و ریاضیات فازی استفاده شده است. همچنین برای تشخیص و شناسایی علائم راهنمایی و رانندگی، از ویژگی های تغییرناپذیر برای استفاده در منطق فازی و استخراج مفاهیم، بهره برده شده است. استفاده از منطق و ریاضیات فازی قابلیت استنتاج و هوشمندی همانند انسان را برای تصمیم گیری در شرایط واقعی، در اختیار سیستم هوشمند قرار می دهد. مراحل کامل این الگوریتم در نرم افزار متلب پیاده سازی شده است. همچنین آزمایش های عملی در شرایط واقعی برای بررسی عملکرد این الگوریتم طراحی و انجام شده است. نتایج حاصل از آزمایش، عملکرد مناسب این الگوریتم تا 92.68 درصد صحت، در تشخیص و شناسایی علائم راهنمایی و رانندگی در شرایط واقعی را نشان می دهد. الگوریتم ارائه شده، در مقایسه با الگوریتم های دیگر با شرایط آزمایشی مشابه، از صحت عملکرد مناسبی برخوردار است. از این الگوریتم می توان برای طراحی سیستم های کمک راننده و سیستم های کنترلی با هدف هوشمند سازی خودرو استفاده نمود.
    کلیدواژگان: تشخیص و شناسایی علائم راهنمایی و رانندگی، پردازش تصویر، منطق فازی، ویژگی های تغییرناپذیر
  • محسن بروغنی، صابر صفار، صدیقه بصیرجعفری * صفحات 219-230
    امروزه جاذب هایی که نوفه را در پهنای وسیعی از بسامدها جذب کنند و نیز کمترین فضا را در سازه به خود اختصاص دهند، بسیار مورد توجه است. در این مقاله با استفاده از ترکیب ماده متخلخل، صفحه سوراخ دار و فاصله هوایی، چهار نمونه اولیه پیشنهاد شده و در ادامه به منظور افزایش میزان و پهنای باند جذب صوتی، مشخصه های نمونه ای که بیشترین جذب صوتی را داشته، استخراج شده است. برای بررسی عملکرد جذب صوتی ساختارهای ارائه شده از روش ماتریس تبدیل و روش اجزا محدود استفاده شده است. برای صحه گذاری مدل ریاضی و نتایج روش اجزا محدود، نتایج نظری و تجربی برای دو نمونه مختلف از جاذب مرکب مقایسه شده اند که تطابق مناسبی را نشان می دهند. نتایج نشان می دهند که میانگین ضریب جذب صوتی مدل بهبود یافته، با ضخامت نهایی 51 میلیمتر در گستره بسامدی 9/ 0، Hz – 6000 Hz 1 است که نسبت به ساختارهای ارائه شده در کارهای گذشته، بدون افزایش ضخامت کلی، % 5 بهبود در میزان جذب دارد. به عبارتی، با ضخامت کمتری به همان ضریب جذب متداول در ساختارهای موجود در صنعت می توان دست یافت و این امر از نظر مهندسی بسیار مهم است؛ چون فضای کمتری اشغال می شود و هزینه اجرا نیز کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: ضریب جذب صوتی، جاذب مرکب، روش ماتریس تبدیل، شبیه سازی اجزای محدود، صفحه سوراخ دار
|
  • M. A. Shahi-Ashtiani, A. Alipour * Pages 3-14
    ABSTRACT: From the perspective of synthesis, system design is comprised of conceptual, preliminary,and detailed design. Conceptual design is the first and most important phase of the system design that could influence the quality of the product. In general, conceptual design is iterative processes that tries to satisfy identified requirements. The outcome of the conceptual design phase is one or more concepts which does not necessarily accompany any detail. If the selected configuration could not satisfy the requirements, the designer should make changes in the decisions or may change the selected configuration completely. This activity makes the conceptual design process longer and increases the cost of the design process,as well. In addition, in the last decade, product design experienced fundamental changes in its concept from focusing on performance, function, and durability to sustainable design criteria such as being environmentally friendly, considering global warming, reducing energy consumption, and conducting end-of-product life cycle management such as reusing, recycling and remanufacturing. These conduct the designer to try to improve conceptual design process with the adoption of new methodologies. This article intends to use axiomatic design methodology for an innovative design, reduce repetition and satisfies most of the requirements in the conceptual design process.
    Keywords: Conceptual design, Iterative process, Customer needs, Axiomatic design, Quality function deployment
  • S. Razavi *, A. Shooshtari Pages 15-24
    ABSTRACT: In this study, free vibration of a two-layered smart rectangular plate composed of a singlewalled carbon nanotube-reinforced layer and a magnetoelectroelastic layer are investigated. Carbon nanotubes are distributed uniformly along the thickness of the composite layer. The temperature of the environment changes uniformly. The plate is simply-supported and subjected to electric and magnetic loadings. First-order shear deformation theory is used to determine the equations of motion of the plate, and Gauss’s laws for electrostatics and magnetostatics are used to model the magnetoelectric behavior of the plate. By defining the generalized displacements of the plate in double Fourier series form and then by using orthogonality principle of trigonometric functions, the partial differential equations of motion are transformed into a set of algebraic equations in terms of the natural frequency of the plate. Therefore, an analytical relation is obtained for the fundamental natural frequency. After validation of the proposed model, some examples are presented to investigate the effects of several parameters on the free vibration response of this smart plate.
    Keywords: Free vibration, Rectangular plate, Carbon nanotube-reinforced composite, Magnetoelectroelastic layer
  • R. Moharrami *, A. Daroudi, M. J. Taghilu Pages 25-32
    In this paper, digital shearography method has been used to measure the in-plane strain. One intensity is being recorded before loading and four intensities have been gotten after loading with the phase shifting method. With the subtraction of first intensity from the four intensities of after loading, four new intensities being calculated which from them the needed phase calculated and with use of this phase in the strain formula, the strain can be calculate. For this work, the modified Michelson system as a shearing tool is used. Testing specimen was an aluminum plate with the dimension of 35×35×1mm which is clamped in the boundary and has been loaded in the center. For the loading, a fixture has been made which has the ability of 3-micron displacement creation. For illumination on the specimen from two mutual and same directions, two diode lasers with the wavelength of 630 nm are used as the optical source. Taking into account that in the experimental measurement the conditions are real but are ideal in the numerical analysis, behavior of two graph of experimental measurement and numerical analysis is approximately the same. In the part of error analysis, the amount of relative error is approximately 18% determined.
    Keywords: Strain measurement, Speckle interferometry, Digital shearography, Phase shifting technique
  • K. Torabi *, H. Afshari Pages 33-46
    In this paper, according to one-dimensional heat transfer rules and two-dimensional elasticity theory, the set of governing equation on temperature and thermo-mechanical stresses in a rotating radially graded FG-disc with non-uniform thickness are derived. All mechanical and thermal properties of the material including elastic modulus, Poisson’s ratio, density and thermal conductivity and expansion coefficients are considered to be graded radially according to a power law function; The volume fraction changes in radial direction between two desired values. In thermal analysis, convention heat transfer through two sides of the disc are considered and thermal boundary conditions are considered as constant temperature at inner edge and convention heat transfer at outer one. In order to increase the accuracy of analysis, variation of convective heat transfer coefficient in radial direction and its dependency on the rotating speed are considered. Considering complexity in equations, differential quadrature method (DQM) is used as strong approach and both thermal and mechanical equations are solved numerically. Effect of various parameters such as rotating speed, variation of thickness and power law index on the distribution of temperature, stress and deflection of the disc are investigated. Also, based on the Tamura-Tomota-Ozawa model (TTO), yield strength of the disc is derived and its elastic and plastic parts are detected.
    Keywords: Thermo-mechanical analysis, Rotating disc, Functionally graded materials, Tamura-Tomota-Ozawa model, Differential quadrature method
  • M. Kavousi Sisi, M. Shakeri *, M. Sadighi Pages 47-62
    Studying asynchronous low-velocity impacts on the structure is one of the applicable problems in this field. In this research, the dynamic analysis of asynchronous low-velocity impacts with arbitrary times and locations on the orthotropic laminated composite plates has been investigated. The dynamic equations of motion are obtained using Hamilton’s principle with the assumptions of small deformations and the Hertzian contact law is used for modeling the contact between target and impactors. Then, the closed form solution of the governing equations is obtained using double Fourier expansion of displacement and loading fields. The accuracy of the results has been checked by comparing them to those in the literature in conjunction with the example considering the convergence of the results. Several numerical examples showed that the times and locations of the impacts play an important role on the superposition of induced waves which affect maximum contact forces, minimum and maximum of the plate transverse displacements, as well as the plate, absorbed energy. Modeling asynchronous low-velocity impacts of drop test could be mentioned as one of the significant results of this study. This modeling can substitute for experimental tests and decrease the costs.
    Keywords: Laminated composite plates, Asynchronous low-velocity impacts, Arbitrary locations, Hamilton's principle
  • J. Fazilati * Pages 63-72
    The dynamic behavior of laminated composite panels subjected to in-plane endloads is investigated using finite strip method. The panel is assumed to contain square delamination. Friction and contact conditions at delaminated interfaces are not considered. It is also assumed that the delamination exists before loading and delamination growth is not considered. A general loading consisted of time varying as well as constant component is assumed and the static buckling, natural frequencies and also parametric instability of the panel have been investigated. The loading assumed to be uniformly distributed throughout the panel area. The dynamic behavior of the delaminated panel has been extracted by using an enhanced B-spline finite strip formulation on the basis of the principle of virtual work. A third order Reddy type shear deformation theory is utilized in order to bring the effects of moderately thick laminate into account. The effects of loading as well as boundary conditions on the dynamic behavior of the structure are studied. The dynamic instability regions are extracted using the Bolotin’s first order approximation. In order to demonstrate the capabilities of the developed method in predicting the structural dynamic behavior, some representing results are obtained and compared with those available in the literature.
    Keywords: Dynamic behavior, composite panel, Shear deformation theory, Finite strip method, delamination
  • F. Ebrahim *I, S. Habibi Pages 73-90
    plates enhanced with carbon nanotubes resting on elastic foundations in thermal environments using the finite element method is investigated. The effective material properties of the multiscale composite are calculated using Halpin–Tsai equations and fiber micromechanics in the hierarchy. Three types of distribution of temperature through the thickness of the plate namely, uniform, linear, and nonlinear are considered. The governing equations are derived based on Inverse Hyperbolic Shear Deformation Theory and von Kármán geometrical nonlinearity. Five types of impulsive loads namely the step, sudden, triangular, half-sine, and exponential pulses are considered. Numerical results reveal that the deflections of multi-phase composites significantly decrease with a small percentage of carbon nanotubes. Also, it is found that in thermal nvironment, central deflection of the plate was reduced using a maximum of 1% of the carbon nanotube in polymer composites and adding higher weight percentage showed no significant change in the peaks of central deflection.
    Keywords: Nonlinear dynamic response, Carbon nanotubes, Thermal environments, Hyperbolic shear deformation theory
  • B. Moradi, M. Asgari * Pages 91-102
    Based on complicated modelling problems of head trauma, a finite element model of the human head has been developed in order to evaluate different types of brain damage. 233 sections Magnetic Resonance Images of the head of a 42 years old man were prepared. The geometric models of Skull, Meninges and brain were extracted. Mechanical properties related to tissues of the skull, meninges and brain membrane are applied. Obtained results from simulation correlated well with experimental results. After ensuring the validity of the model, data acceleration in the head recording from side impact test was applied to the model. The simulation results showed that the rotational acceleration, due to high strain rate in the brain and increased pressure in meninges, is responsible for rupturing arteries and veins. However, linear acceleration alone does not lead to severe damages in the brain. Developing a new computational model for these injuries evaluation including side crash case, have not been considered in previous studies. So, considering this problem in addition to developing an accurate and efficient FEM head model could be supposing the considerable innovation of this study.
    Keywords: Brain Injury, Biomechanics, Side Crash, FEM Head Model
  • R. Bannazadeh *, M. Riahi, M. Aieneravaie Pages 103-112
    and critical components of a gas turbine. Blade failures in gas turbine engines often lead to loss of all downstream stages and the power plant will shut down, which can lead to prolonged outages and severe economic loss. In this paper, the failure of a GE-F5 gas turbine blade has been studied by metallurgical and mechanical examinations. The blade was made of a nickel base alloy Inconel 738LC. This blade has fractured after about 65,000 hours of service in one of the Iran’s power plants during operation. Due to the blade failure, the turbine engine was damaged severely. The study was started with a thorough visual inspection of bl ades and continued with hardness measurement, chemical composition checks,and microstructural evaluation as well as examination of the fracture surface. The investigations showed that serious pitting was occurred on the blade surface and there were evidences of fatigue marks in the fracture surface. It was found that the crack initiated by the hot corrosion from the leading edge and propagated by fatigue and finally, as a result of the reduction in cross-section area, fracture was completed.
    Keywords: Inconel 738LC, Metallography, Failure of Blade, Fatigue, Gas Turbine
  • M. Hashemi, M. Asghari * Pages 113-124
    In this paper, a three-dimensional finite element model is developed based on the strain gradient theory to investigate the vibration characteristics of micro-rotors. The model is not only capable of dealing with small-size effects, but also the flexibility of bearings, internal damping and mass eccentricity in the system. The expressions related to the strain energy of the shaft of the microrotor are derived on the basis of strain gradient theory together with the kinetic energy of the system considering mass eccentricity in the disk and rotary inertia and gyroscopic effects of the rotating shaftdisk system. By using the extended Hamilton’s principle to obtain weak forms of governing equations and approximating displacement components by special interpolation functions which can be used to model a strain gradient based micro-beam, equations of the motion are discretized into a finite element form. The natural frequencies, critical speeds and the threshold of instability rotational speed of the micro-rotor are obtained by transforming discretized equations of motion into state space form. The response of the micro rotor under excitation of the mass eccentricity of the disk in forced vibrations is also presented. Numerical results show profound effects of higher order material constant on vibration characteristics of the micro-rotor.
    Keywords: Micro-rotor, Strain gradient theory, Forced, free vibrations, Flexible bearing, Mass eccentricity
  • A. Davaq, H. Moeenfard *, M. Moavenian Pages 125-136
    A usual method in achieving a proper value for the ratio of constraint to degree of freedom stiffness in a compliant mechanism, is using an intermediate rigid element in its constitutive beams. This paper aims to study the nonlinear free vibration of a stiffened beam with a mass connected to its tip. Hamilton’s principle is used to find nonlinear partial differential equations governing behavior of the beam. The mode-shapes of the normalized and linearized system are then found analytically and verified via Abaqus simulations. Using a single mode approximation, the first mode-shape of the system is used along with the Lagrange equations to find governing ordinary differential equations of degree of freedom and degree of constraint dynamic. These equations are then solved numerically using MATLAB. The Discrete Fourier Transform of dynamic responses show that the degree of freedom dynamic contains a single dominant frequency, while the constraint dynamic contains three main harmonics. It is observed that dominant frequencies are essentially natural frequencies of the linearized system which are available in a closed form. The suggested analytical formulations as well as the proposed frequency analysis, is expected to provide an effective approach for analytical dynamic modeling of more complex compliant mechanisms.
    Keywords: Flexure beam, Rigid intermediate element, Nonlinear oscillations, Mode shape, Frequency analysis
  • A. Zandi Baghche Maryam, M. Hosseini * Pages 137-150
    In this paper, the dynamic response of carbon nanotubes (CNT) conveying fluid under moving harmonic load by using the Green function method is investigated. The results of this analysis are obtained for four different boundary conditions, namely fixed- fixed, fixed- pinned, pinned- fixed and pinned -pinned. The harmonic load is assumed to travel with uniform velocity, accelerating and decelerating types of motion and the internal fluid flow is moved with uniform velocity. The Green function and Laplace transform method is implemented to analysis of force vibrations for achieving exact solutions of dynamic response. In the present work, the effects of various parameters such as viscoelastic coefficient, moving load and fluid flow velocity, length scale parameter, boundary conditions, viscous damping and types of the load motion on the dynamic displacement of the CNT are elucidated. However, the results show that these parameters are vital in investigation of the dynamic displacement of CNT. It is obvious that the dynamic deflection is very sensitive to the material length scale parameter in which structural stiffness of CNT and the dimensionless dynamic displacements, respectively, is decreased and increased with increases in the length scale para eter.
    Keywords: Carbon nanotubes conveying fluid, Moving harmonic loads, Boundary conditions, Types of load motion, Green function method
  • A. Shooshtari *, V. Atabakhshian Pages 151-162
    In this paper, the vibration and instability analyses of a thin-walled smart cylinder subjected to the combined electro-thermo-mechanical loadings as well as internal fluid flow are investigated based on piezoelasticity theory and nonlinear Donnell’s shell theory. The cylinder material is considered to be made of piezo-ceramics as PZT4 to have a better resistance to the fluids. The fluid flow is assumed to be incompressible, inviscid, irrotational and isentropic where its mathematically modeling is performed based on a potential scalar function. The higher order governing equations of motion are directly obtained by minimizing the energy of the system, using Lagrange equation of motions and modal expansion analysis. The obtained governing equations are then solved via the state space problem as well as fourth order numerical integration to obtain the nonlinear electro thermodynamical response of the system. In the numerical results section, the effects of various parameters such as mean flow velocity, aspect ratio, temperature change and excitation frequency on the natural and damping frequencies, electro-thermo-dynamical response and energy spectrum of the system is studied in detail.
    It is hoped that the results of this study play an important role to design new instability alert sensors for fluid conveying pipes.
    Keywords: Smart materials, Nonlinear vibration, Fluid flow, Cylindrical shell, Harmonic excitation
  • M. Nabipour, M. Kabganian, F. F. Saberi * Pages 163-174
    In this paper, after presenting a brief introduction about Amirkabir University of Technology’s attitude simulator, governing equations are obtained. Viscous friction model is chosen to model the existing friction in the bearings of the attitude simulator. The main purpose of this paper is to design an adaptive attitude control algorithm for the attitude simulator in order to control it in the desired path and estimate the coefficients of friction due to simulator’s bearings. In order to prevent singularity in simulations, Rodriguez parameters are used for kinematics representation. Firstly, the governing equations are transformed into a robotic form. The moments of inertia and coefficients of viscous friction model are assumed as uncertainties. Then, by introducing a Lyapunov function, the stability of the system is checked and the parameters are estimated. The adaptation law is obtained by the Lyapunov function and the stability of the system is then proved. In order to demonstrate the efficiency of this adaptive control algorithm, a nonlinear Lyapunov-based attitude control algorithm is designed and compared to the adaptive controller. The simulations are done in Matlab software package and the parameters of the moment of inertia matrix and coefficients of viscous friction model are estimated by the adaptation law of the controller. During the simulation, the rotational velocity of the reaction wheels are obtained and it is shown that this attitude control algorithm is implementable on the attitude simulator.
    Keywords: Satellite, Attitude Simulator, Robotic form of satellite dynamic equation, Adaptive control, Parameter estimation
  • M. R. Zeinolabedini, M. Rafeeyan* Pages 175-188
    In this paper the set of equation for free and forced whirling analyses of rotors with any number of discs is derived. By considering gyroscopic effects, the rotor is modeled based on the Timoshenko beam theory and discs are considered as concentrated elements having both translational and rotational inertias. At the position of each disc, the rotor is imposed to distributed and concentrated axial forces which vary versus time. Also, transverse load composed of unbalanced masses and total weight of the system is considered. For forced whirling analysis, static deflection of the rotor is considered as the initial conditions and rotational speed of the rotor is considered as a time variable parameter which increases from zero to its nominal value in a limited period of time. For a simply supported rotor, the free whirling analysis is investigated using Galerkin method and using Galerkin and Newmark-beta methods, the forced whirling analysis is studied numerically. Forward and backward frequencies and Campbell diagrams are presented in free whirling analysis and variation of deflection, bending moment and shear force in any point of the rotor are depicted versus time in forced whirling analysis. The most advantages of the presented paper are consideration of time-dependency of rotating speed in forced whirling analysis and its applicability for rotors with any number of mounted discs.
    Keywords: Whirling, Rotor, Axial Force, Unbalanced disc
  • F. Shahmiri *, Y. Sarafraz Pages 189-196
    This paper concerned with the examination of on-axis and off-axis dynamic responses of helicopters using a dynamic induced velocity model for a main rotor. The model consisted a canonical Legendry polynomial and a trigonometric function with a time dependent coefficients and arbitrary harmonics. The main reason for this, was the compatibility of the Legendry polynomial with the potential acceleration function presented by Laplace PDE for a main rotor at incompressible flow condition in elliptical coordinate system. The Laplace equation was previously solved through the separation of variables with discontinuity of pressure over the rotor disc and cylindrical skewed wake below the rotor. The novel of the present research is the inflow dynamics with finite state wake that was efficiently adopted with the dynamic equations of single main rotor helicopters (rigid fuselage, elastic main rotor, horizontal and vertical tail) in the time domain. Therefore, the discretization of the wake inflow was avoided by the definition of finite inflow states. Furthermore, the possibility of air load computations is achieved through the state formulation and quasi steady aerodynamic implementation. Moreover, the singularity problem associated with the traditional inflow dynamics was avoided through the current inflow state. The obtained results showed that using dynamic inflow model with 28-state and 4- harmonics significantly improves the off-axis dynamic responses of single main rotor helicopters. Comparison of the obtained results with the flight-test data and with the other dynamic inflow models showed that both the off-axis and on-axis response of helicopters experience a fairy good improvements.
    Keywords: Helicopter, Main rotor, Dynamic induced velocity, Dynamic simulation
  • A. Ghadami, S. A. Fazelzadeh Haghighi *, A. Mazidi Pages 197-206
    In this paper, the flutter of an adaptive wing with adjustment of spar position is studied. Despite of two-dimensional models which was used in earlier research on this subject, in this study, more realistic model of the wing with adjustment of spar position contains sweep angle and unsteady aerodynamic loadings is employed. Two uniform spars which can move in chordwise direction are considered along the wing. The wing bending and torsion equations of motion have been derived by Hamilton’s principle. In order to use this principle, kinetic energy, strain energy and virtual work of forces have been obtained for spars and wing separately and then their sum embedded in the Hamilton’s principle. To simulate the aeroelastic loading on the wing Peter’s unsteady aeroelastic model is used. Assumed mode method has been used to discretized the aeroelastic governing equations and the numerical results has been validated with previous published papers, which good agreement has been reported. To review and presentation of results, four different types of motion for two spars have been utilized. In each type of motion, initial and final situation of spars are considered based on their velocity. Comparison of adaptive wing with simple wing in the same conditions shows that flutter velocity and frequency increases for adaptive wing. Finally, effects of different design parameters on the aeroelastic behavior of adaptive wing have been evaluated. Results indicate that these parameters can influence the stability region of such wings, significantly. Results indicates that increasing the thickness of the wing skins and spars reduces the wing flutter speed.
    Keywords: Adaptive wing, Adjustment of spar position, Flutter, Unsteady loading model
  • E. Fanni, A. Khodayari * Pages 207-218
    A new algorithm for traffic sign detection and recognition based on image processing was presented in this paper. This algorithm has three stages that consist of preprocessing, detection and recognition. In preprocessing stage, input image quality enhancement and unrelated data elimination be done by applying image processing algorithms. In recognition stage an intelligent machine vision algorithm is used to extract concepts of traffic signs. Detection stage is designed for decrease the operation time and increase the recognition algorithm accuracy. In this stage, traffic sign candidates are elected more accurately and they are transmitted to recognition stage. Fuzzy logic and mathematics is used in all of image processing and machine vision stages that consist of low and high level processing. Also for traffic sign recognition, invariant features are used to design a fuzzy logic algorithm to extract traffic sign concepts. Fuzzy logic and mathematics give Inference and intelligent capabilities to smart system to make correct decision in actual conditions like human. All stages of this algorithm was implemented in MATLAB. Also for performance investigation of this algorithm experimental scenarios in actual situation are designed. The results show that designed algorithm has an appropriate performance in traffic sign detection and recognition up to 92.68 percent in actual situations. Compared with other methods with the same experimental conditions the accuracy of the proposed algorithm is satisfactory. This algorithm can be used to design driver assistance and control systems for intelligent vehicles.
    Keywords: Traffic sign detection, recognition, Image processing, Fuzzy logic, Invariant features
  • M. Broghany, S. Saffar, S. Basirjafari * Pages 219-230
    Sound pollution, especially in metropolises, is a critical issue at the time being. Hence, appropriate sound absorbers which absorb higher noise in a wide range of frequencies are desirable especially when less occupied space is needed. In the present study, four primary models are proposed by combination of the porous material, micro-perforated panels and air gap. Afterwards, sound absorption coefficient was maximized in every proposed model by employing both analytical approach (transfer matrix method) and finite element method (by COMSOL Multi-physics version 4.4). Verification has been carried out by comparison with the theoretical and experimental results of previous studies. The results showed well agreement between present and previous results. Consequently, an optimized model by maximum sound absorption coefficient was proposed. The proposed model showed the average of sound absorption coefficient equal to 0.9 which is approximately 5% more than previous studies in the frequency range of 1 to 6000 Hz for 51 mm thickness of panel. In other words, the presented structure, with a less thickness has the same sound absorption coefficient of the commercial industrial structures. This is very important in terms of engineering because the presented sound absorber takes up less space and also, running costs are reduced.
    Keywords: Sound absorption coefficient, Composite absorber, Transfer matrix method, Finite Element Method, Perforated panel