فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال هجدهم شماره 9 (آذر 1397)
  • سال هجدهم شماره 9 (آذر 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/07/14
  • تعداد عناوین: 26
|
  • روح الله یگانه، مهدی صالحی، سید امین باقرزاده* صفحات 1-7
    در این پژوهش با استفاده از مواد پیزوالکتریک یک میکرو ژنراتور به منظور تامین انرژی مدارهای الکتریکی یک میکروپهپاد طراحی شده است. برای این منظور، یک بال کامپوزیتی کامل هواپیما شامل تمامی اجزای سازه ای آن مانند ریب ها، اسپارها و پوسته ها به کمک نرم افزار COMSOL multiphysics طراحی شد. بر روی اسپار این بال یک قطعه از جنس پیزوالکتریک مدل سازی شده است. این بال به صورت تیر یکسر گیردار مدل شده که انتهای آن با فرکانس ها و دامنه های مشخص به صورت نوسانی تحریک می شود. در طی نوسان، میزان تنش و کرنش اجزای بال با استفاده از روش المان محدود کسب شده و اختلاف پتانسیل با کوپل معادلات حاکم پیزوالکتریک با کرنش ها محاسبه شده است. پس ازآن، یک مدل آزمایشگاهی با مشخصات کاملا مشابه با مدل عددی ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفته است. به منظور صحت سنجی، نتایج به دست آمده از حل عددی با نتایج حاصل از آزمایش تجربی مقایسه شده اند. سپس اثر متغیرهایی همچون نسبت منظری بال، ابعاد مواد پیزوالکتریک و ضخامت اسپار بر میزان اختلاف پتانسیل ایجادشده مورد مطالعه قرار گرفته است. در نهایت، نتایج به دست آمده موردبحث و بررسی قرارگرفته اند.
    کلیدواژگان: پیزوالکتریک، میکروپهپاد، برداشت انرژی، نسبت منظری
  • حسن ناصح * صفحات 8-18
    هدف از این مقاله، ارائه مدل طراحی بهینه حامل فضایی سرنشین دار با رویکرد ترکیبی طراحی ماژولار (با استفاده از خوشه بندی موتورهای موجود برای تولید نیروی تراست) و آنالیز حساسیت (در صورت عدم توانمندی موتورهای موجود، اکتساب توانمندی لازم با تغییر پارامتر یا پارامترهایی) ، می باشد. این روش طراحی با توجه به نیاز موجود در کشور برای طرح ملی اعزام انسان به فضا (مدار پایین زمین) طبق سند بالادستی (سند جامع توسعه هوافضای کشور) صورت پذیرفته است. برای این منظور در این روش، ضمن بهره گیری توامان از روش های آماری و پارامتریک (بهینه سازی پارامترهای اصلی حامل) ، مشخصات سطح تراست بهینه با توجه به سه الزام اساسی (الزام تعداد مراحل، الزام تعداد موتور در خوشه بندی و الزام حداکثر شتاب محوری) حاکم بر ریسک و شتاب محوری حامل های فضایی سرنشین دار تعیین می شود. در این مقاله، آنالیز حساسیت با هدف بررسی میزان تاثیر پارامترهای اصلی طراحی بر قابلیت های انرژتیک حامل فضایی صورت پذیرفته است. برای بهینه سازی و جستجوی فضای طراحی از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. در نهایت برای ارزیابی روش طراحی پیشنهادی و قابلیت های جرمی – انرژتیک حامل فضایی، نتایج دو روش آماری و بهینه برای انجام ماموریت مشخص، مقایسه و صحه گذاری شده است.
    کلیدواژگان: طراحي مفهومي، بهينه، حامل فضايي، سرنشين دار، رويکرد ترکيبي ماژولار و آناليز حساسيت
  • حسین صحاف نایینی، محمدحسین سورگی * صفحات 19-25
    ماشین های دوار، به خصوص توربین های گازی و کمپرسور های محوری، نقش بسیار حیاتی و مهمی را در صنایع تولید و انتقال انرژی ایفا می کنند؛ لذا، باید به موقع نسبت به تشخیص و تعیین اندازه عیوب احتمالی در آن ها اقدام شود، تا از بروز هزینه های بسیار سنگین تعمیرات جلوگیری به عمل آید. در مقاله حاضر، یک نمونه محل اتصال پره به دیسک توربین گاز، که از مهم ترین و حساس ترین بخش های یک توربین گاز می باشد، به کمک روش آزمون غیر مخرب فراصوتی آرایه فازی مورد بازرسی قرار گرفته است. در نمونه ساخته شده، طی دو مرحله، ترک هایی با طول های 4 و 8 میلی متر ایجاد شده و تاثیر طول آن بر نتایج بازرسی، مورد ارزیابی واقع شده است. مقایسه سیگنال های دریافتی در زوایای مختلف برای هر طول ترک، با سیگنال دریافتی از نمونه سالم در همان زوایا، به عنوان مقیاس و شاخصی برای تعیین طول ترک مورد استفاده قرار گرفته است. از افزایش دامنه سیگنال ناشی از ترک و کاهش دامنه سینگال مربوط به دیواره پشت ترک، به ازای افزایش زاویه در آزمون فراصوتی آرایه فازی برای استخراج شاخصی جدید جهت تعیین طول ترک استفاده شده است. نتایج تجربی نشان می دهد که با استفاده از شاخص استخراج شده، می توان طول ترک موجود در محل اتصال پره به ریشه روی دیسک روتور توربین را، که دارای هندسه پیچیده کاجی شکل می باشد، با خطای کمتر از 10% تخمین زد.
    کلیدواژگان: آزمون غیر مخرب فراصوتی، آرایه فازی، توربین گاز، محل اتصال پره به دیسک
  • مجید خراط زاده خوراسگانی، محمود مهرداد شکریه*، مظاهر سلامت طلب صفحات 26-32
    در این تحقیق، اثر زاویه الیاف فصل مشترک بر روی چقرمگی شکست شروع و پایا در کامپوزیت های تقویت شده با الیاف بافته شده ی ساده با لایه چینی [012//012] ، [011/30//0/011] و [011/45//0/011] تحت مود I تورق مورد بررسی قرار می گیرد. این نوع لایه چینی به منظور حذف اثرات لایه های دور دست فصل مشترک تورق، بر روی چقرمگی شکست نمونه تیر دولبه یکسرگیردار انتخاب گردیده است. نمونه ها با استفاده از روش لایه چینی دستی ساخته شده اند و آزمایش شکست نمونه های ساخته شده با استفاده از دستگاه SANTAM STM-150 و مطابق با استاندارد ASTM انجام گرفته است. نتایج آزمایش نشان می دهد که تغییر در زاویه ی بین وجهی صفحه ی ترک، تاثیر ناچیزی بر روی چقرمگی شکست شروع و پایای کامپوزیت های بافته شده با بافت ساده دارد. بررسی های آزمایشگاهی از سطوح شکست، نشان از تاثیر مکانیزم های مختلف بر روند رشد تورق در این نمونه ها داشته است که در این بین رشد ترک در صفحه ی بین رزین و الیاف یکی از مکانیزم های اصلی افزایش چقرمگی شکست در این نمونه ها می باشد. همچنین مشاهدات آزمایشگاهی نشان داد که برخلاف کامپوزیت های تک جهته، در نمونه های DCB بافته شده، پل زنی الیاف مکانیزم غالب در افزایش چقرمگی شکست در طول فرآیند رشد تورق نمی باشد.
    کلیدواژگان: زاویه الیاف فصل مشترک، کامپوزیت تقویت شده با الیاف بافته شده ساده، چقرمگی شکست شروع و پایا، تیر یکسرگیردار دو لبه
  • میرداوود حسینی، مقصود شلوندی*، آیدین سلیمی اصل صفحات 33-39
    امواج ارتعاشی با فرکانس بیشتر از 20کیلوهرتز که تحت عنوان ارتعاشات اولتراسونیک شناخته می شود، در بسیاری از روش های تولیدی و فرآیندهای مهندسی به کارگرفته می شود. دراین مقاله به بررسی وقوع پدیده نرم شدگی آکوستیکی درنمونه های فولادی با سه نوع میکروساختار متفاوت پرداخته شده است. برای این منظور توسط عملیات حرارتی آستمپرینگ و کوئنچ نمونه هایی با ریزساختارهای بینیتی و مارتنزیتی ایجادگردید. ابعاد نهایی این نمونه ها جهت انجام تست توسط روش المان محدود آنالیزمودال در نرم افزار انسیس طوری بدست آورده شد که فرکانس رزونانس نمونه با فرکانس رزونانس ترانسدیوسر برابر باشد. با توجه به این که دراثراعمال ارتعاشات اولتراسونیک، تنشی موسوم به تنش ارتعاشی به شبکه کریستالی وارد می شود و این تنش باعث حرکت نابجایی ها گشته و باعث کاهش استحکام تسلیم ونهایی نمونه می گردد. در این مقاله با اعمال ارتعاشات اولتراسونیک با شدت w/cm255 به مقدار 18% ، 12% و 8% از استحکام تسلیم نمونه ها با ریزساختار فریتی و پرلیتی، بینیتی و همچنین مارتنزیتی کاسته می شود. به علت جذب انرژی ارتعاشات توسط نابجایی ها، شکل دهی و فرم دهی این مواد با صرف نیروی کمتر انجام می گیرد. همچنین در این مقاله یک مدل عددی برای نرم شدگی آکوستیکی بررسی گردید و مشخص شد که همبستگی مناسبی بین روش مدل سازی عددی و نتایج آزمایش های تجربی وجود دارد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات اولتراسونیک، تست کشش، نرم شدگی آکوستیکی، ریزساختار
  • میرداوود حسینی، مقصود شلوندی*، آیدین سلیمی اصل صفحات 40-45
    هدف اصلی این مقاله آشکار سازی تاثیر حجمی ارتعاشات اولتراسونیک بر رفتار پلاستیکی نمونه های فولاد S355J2 با اندازه دانه های متفاوت بوده و مقدار کاهش استحکام تسلیم و نهایی این نمونه های فولادی بررسی می گردد. جهت این بررسی، نمونه هایی با اندازه دانه های 10، 35 و 60 میکرون توسط انجام سیکل های مختلف عملیات حرارتی نرمالیزاسیون و آنلینگ ایجاد گردید و یک سیستم آزمایشگاهی مناسب جهت انجام تست کشش همراه با اعمال ارتعاشات اولتراسونیک با توان های 390 و 195 وات طراحی و ساخته شد. تست کشش با سرعت 1 میلی متر بردقیقه در دمای اتاق انجام گردید و مشخص شد که با اعمال ارتعاشات با توان 390 وات، استحکام تسلیم نمونه های فولادی با اندازه دانه 10 ، 35 و 60 میکرون به ترتیب به اندازه 8% ، 18% و 27% کاهش می یابد. با توجه به این که طول مرزدانه ها در نمونه های ریزدانه بیشتر از نمونه های درشت دانه تر می باشد لذا انرژی صوتی در طول مرزدانه بیشتر پخش می شود بنابراین تاثیر اعمال ارتعاشات اولتراسونیک در نمونه های ریزدانه کمتر از نمونه های درشت دانه بوده و استحکام تسلیم و نهایی نمونه های ریزدانه کاهش کمتری از خود نشان دادند.
    کلیدواژگان: ارتعاشات اولتراسونیک، تست کشش، نرم شدگی آکوستیکی، ریزساختار
  • محمد حبیب الهی، حسن حسن زاده *، محمد رهنما، سیدعلی میربزرگی، ابراهیم جهانشاهی جواران صفحات 46-57
    پیلهای سوختی پلیمری به دلیل دمایکار پایین، چگالی انرژی بالا در آیندهای نزدیک به طور چشمگیر مورد استفاده قرار میگیرند. مدیریت آب یکی از چالش های اصلی جهت توسعه و تجاری سازی پیلهای سوختی پلیمری است، که تاثیر قابل ملاحظهای بر عملکرد آنها دارد. از این رو درک چگونگی رفتار آب در پیل سوختی بسیار با اهمیت است. در این مقاله رفتار آب مایع در داخل لایه نفوذی گاز کاتد پیل سوختی پلیمری در مقیاس حفره مورد بررسی قرار گرفته است. محیط متخلخل مورد نظر )لایه نفوذی گاز کاتد( توسط دوایری با قطرهای مختلف و بصورت تصادفی ساخته شده است. از روش لتیس بولتزمن، مدل شبه پتانسیل شان و چن جهت شبیه سازی جریان دوفازی استفاده شده است. کد نوشته شده در سه حالت اعتبار سنجی شده و پس از آن تاثیر سه پارامتر اندازه منفذها، ضریب تخلخل و آبگریزی لایه نفوذی گاز بر انتقال آب مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این شبیه سازی نشان میدهند که اولا با گذشت زمان مقدار اشباع در لایه نفوذی گاز افزایش یافته و نهایتا به مقدار ثابتی میرسد. ثانیا با کاهش قطر منفذها، مقدار اشباع و تعداد میانگذرهای انتقال آب کاهش یافته شده و این باعث افزایش نفوذ اکسیژن میشود. از طرفی مقدار اشباع محلی در فصل مشترک کاتالیست و لایه نفوذی گاز بسمت یک میل میکند این نشان دهنده این است که در این نواحی مولکولهای اکسیژن بایستی در آب حل شده و سپس به کاتالیست برسند. همچنین مقدار آب مایع در داخل لایه متخلخل با افزایش آبگریزی کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: پیل سوختی پلیمری، روش شبکه بولتزمن، لایه نفوذ گاز کاتد، جریان دو فازی
  • حسین عبدالهی خسروشاهی، محمد علی بادامچی زاده * صفحات 58-68
    بازوهای رباتیک صفحه ای برای کاربردهای روی میز کار دو بعدی استفاده گسترده ای دارند. در این مقاله یک مکانیزم جدید برای بازوی رباتیک صفحه ای ارائه شده است. مکانیزم معرفی شده علاوه بر دارا بودن مزایای هر دو دسته ربات های سری و موازی، معایب هر دو دسته را نیز رفع نموده است. بازوی ساخته شده از یک طرف همانند بازوهای موازی دارای صلبیت، استحکام و دقت بالا و سایر ویژگی های مثبت بازوهای موازی بوده و از طرف دیگر همانند بازوهای سری به دلیل نداشتن نقاط تکین در داخل فضای کاری، دارای فضای کاری بزرگ و متقارن و با قابلیت حرکت پیوسته در کل فضای کاری می باشد. روابط سینماتیکی برای بازو به دست آمده و یک کنترلر مبتنی بر میکروکنترلر AVR و رایانه برای بازو معرفی شده است. نتایج حاکی از بهبود عملکرد بازو و حذف نقاط تکین از داخل فضای کاری می باشد.
    کلیدواژگان: بازوی رباتیک، سینماتیک، فضای کاری، نقاط تکین
  • هدی سرپرست، سیامک اسماعیل زاده خادم*، علی ابراهیمی ممقانی صفحات 69-80
    در این مقاله رفتار ارتعاشی تیر خمیده لایه ای عمیق تیموشنکو تحت بار متحرک تکی و چندتایی با شرایط مرزی تکیه گاه ساده در حضور پدیده های لغو، تشدید و حداکثر دامنه ارتعاشات آزاد مطالعه شده است. با ثابت درنظر گرفتن دامنه و سرعت بارهای متحرک، معادلات حرکت حاکم بر سیستم با استفاده از روش های تحلیلی و عددی حل شده اند. فرکانس پایه ای تیر، سرعت بحرانی بار متحرک و پاسخ دینامیکی تیر خمیده لایه ای به دست آمده اند. همچنین تاثیر پارامترهایی نظیر سرعت های مختلف لغو، حداکثر، فاصله بارهای متحرک از یکدیگر، ترتیب لایه چینی و تعداد لایه ها در ضخامت ثابت تیر بر پاسخ زمانی سیستم ارائه شده است. نتایج، نشان دادند جابجایی دینامیکی تیر خمیده لایه ای برای لایه چینی عمود برهم حتی در شرایطی که پدیده لغو، تشدید و حداکثر دامنه ارتعاشات آزاد رخداده اند کمتر از لایه چینی غیر عمود می باشد. همچنین مشاهده شد که نوع لایه چینی و تعداد لایه ها در سرعت های لغو و حداکثر تیر تحت بار متحرک تکی اثری ندارند ولی سرعتهای لغو و تشدید را در تیرهای تحت بارهای متحرک چندتایی تغییر میدهند. در ضمن نشان داده شد که سرعت های لغو و تشدید در لایهچینی های عمود بر هم متقارن و نامتقارن یکسان هستند و بیشتر از انواع دیگر لایهچینی میباشند.
    کلیدواژگان: بار متحرک تکی و چندتایی، تیر خمیده لایه ای، سرعت بحرانی، پدیده های لغو و تشدید، آرایش لایه چینی
  • موسی رضایی *، آرزو اسماعیلی صفحات 81-90
    مطالعه رفتار ارتعاشی و پایداری لوله های حامل سیال به دلیل کاربرد فراوان آنها در صنعت، حائز اهمیت می باشد. برای حل معادله حاکم بر رفتار ارتعاشی این لوله ها که به صورت معادله دیفرانسیل پاره ای شامل مشتقات ترکیبی نسبت به مکان و زمان است، از روش های تقریبی و عددی متعددی استفاده شده است. از جمله این روش ها می توان به روش المان محدود کلاسیک و المان محدود طیفی اشاره کرد. در این مقاله بررسی رفتار ارتعاشی لوله حامل سیال ویسکوز واقع بر روی بستر ویسکو الاستیک با استفاده از روش المان محدود طیفی بر پایه تبدیل موجک داوبچیز انجام گرفته است. به این منظور پس از استخراج معادله حاکم بر ارتعاشات لوله حامل سیال، پاسخ ارتعاشی با استفاده از روش المان محدود طیفی بر پایه تبدیل موجک به دست آمده و تاثیر پارامترهای سیستم از جمله ثابت بستر الاستیک، چگالی سیال، نیروی محوری، و تاثیر تابع مقیاس انتخابی بر پاسخ، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از افزایش سرعت بحرانی به دلیل افزایش سفتی بستر الاستیک، کاهش نیروی محوری فشاری و کاهش چگالی سیال است. از بررسی روش حل، مشاهده می شود که در هر درجه از موجک داوبچیز، افزایش مقیاس باعث افزایش دقت حل می شود. همچنین در این مقاله برای نشان دادن مزایای روش المان محدود طیفی بر پایه تبدیل موجک، برای حالتی که حل تحلیلی مساله وجود دارد پاسخ با استفاده از روش تحلیلی و روش المان محدود کلاسیک نیز استخراج و با نتایج حاصل از روش المان محدود طیفی بر پایه تبدیل موجک مقایسه شده اند.
    کلیدواژگان: لوله حامل سیال، المان محدود، المان محدود طیفی بر پایه تبدیل موجک، موجک های داوبچیز
  • الهام حضرتی، محمود رضا آذغانی * صفحات 91-99
    دال زدن به عنوان یکی از روش های درمانی پرکاربرد در بازتوانی شناخته شده است. که، تحت تاثیر عامل های مختلفی قرار می گیرد. هدف در این مطالعه، بررسی اثر تغییر موقعیت و ارتفاع صندلی (به ترتیب، فاصله ی افقی و عمودی صندلی تا پدال) در محدوده ی محل های ممکنه ی پدال زدن (محدوده ی ارتفاع صندلی: 49-80% طول پا) بر دامنه ی حرکتی مفصل ها و سرعت انقباض عضله های اندام تحتانی است. بدین منظور، از مدل اسکلتی-عضلانی ارایه شده در نرم افزار انی بادی استفاده شد. شرایط پدال زدن در دوچرخه ی ثابت در مدل فراهم شد (طول بازوی پدال و نرخ پدال زدن به ترتیب، cm 17. 5 و rpm 80). نتایج نشان داد که محدوده ی حرکتی مفصل های مچ پا، زانو و ران به ترتیب 11. 08-37. 54 (انحراف معیار: 0. 03-1. 86) ، 69. 61-80. 58 (انحراف معیار: 4. 02-9. 76) و 42. 89-46. 13 (انحراف معیار: 0. 07-2. 89) است. اثر تغییر ارتفاع صندلی بر محدوده ی حرکتی مفصل مچ پا> زانو>ران و اثر تغییر موقعیت صندلی بر محدوده ی حرکتی مفصل زانو>ران>مچ پا است. با افزایش ارتفاع صندلی، محدوده ی حرکتی مفصل های مچ پا و زانو به طور قابل توجهی افزایش یافتند. همبستگی مثبت بین تغییر زاویه ی مفصل های مچ پا-زانو، مچ پا-ران و زانو-ران هماهنگی و همکاری مفصل ها در طول سیکل پدال زدن را نشان داد. سرعت انقباض عضله های اندام تحتانی تحت تاثیر تغییر محل صندلی قرار می گیرند. به ویژه عضله های گروه مچ پا، زانو و دومفصلی با تغییر محل صندلی در محل های ممکنه، در بازه ی بزرگی تغییر می کنند.
    کلیدواژگان: شبیه سازی، پدال زدن، محل صندلی، دامنه ی حرکتی مفصل ها، سرعت انقباض عضله ها
  • محمدرضا ساویز *، وحید رومی صفحات 100-111
    در این تحقیق، کنترل ارتعاشات پانل استوانه ای مرکب چند لایه تحت بار دینامیکی بوسیله وصله عملکر پیزوالکتریک بهینه برای اولین بار بررسی شده است. به منظور حل معادلات دینامیک سازه با وصله پیزو، از روش المان محدود استفاده شده،که بر اساس فرضیات تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول (FSDT) و مدل لایه معادل با تغییر شکل های زاویه ای متفاوت برای پوسته و وصله پیزو توسعه یافته است. معادلات حاکم بر پانل با وصله پیزو از طریق اصل همیلتون به دست می آیند و با استفاده از المان هشت گرهی روی لایه میانی پوسته تجزیه می شوند تا دستگاه معادلات ماتریسی حاصل شود. برای یافتن محل و اندازه بهینه برای عملگر پیزوالکتریک از معیار حداکثر کنترل پذیری استفاده شده است. طبق قانون کنترلی مورد استفاده، ولتاژ اعمال شده به وصله پیزوالکتریک متناسب با برآیند مولفه های سرعت در نقطه محل نصب حسگر می باشد. جهت صحه گذاری عملکرد فرمولبندی و مدل المان محدود، نتایج بدست آمده برای فرکانس طبیعی پانل استوانه ای چند لایه بدون وصله با مراجع موجود مقایسه شده اند. سپس با داشتن دینامیک سیستم بهینه شده، پاسخ فرکانسی برای حالت حلقه باز و بسته بدست آمده است و در انتها تاثیر مقادیر بهره کنترلی و ابعاد هندسی پانل و وصله روی پاسخ زمانی و سرعت میرا شدن ارتعاشات به نمایش گذاشته شده است.
    کلیدواژگان: پانل چند لایه، وصله پیزوالکتریک، المان محدود، کنترل ارتعاشات
  • مصطفی گوهرشادی، مسعود میرزایی * صفحات 112-121
    در این مقاله یک حلگر لزج در دامنه کلی جریانات کم سرعت و پرسرعت بر پایه الگوریتم رو به باد "رو" در ساختار شبکه بی سازمان توسعه داده شده است. در روش ارایه شده، سختی معادلات حاکم در شکل تراکم پذیر در سرعتهای پایین با استفاده از فرم پیش شرط کاهش می یابد. درمحاسبه لزجت مصنوعی روش رو به باد "رو" نیاز به عملیات ضربهای ماتریسی می باشد که این کار هزینه محاسبات را بالا می برد. فرینک این عملیات پر هزینه را در حالت بدون پیش شرط به محاسبه مولفه های شارهای مرتبط با مقادیر ویژه تقلیل داد. در این تحقیق در حالت پیش شرط، عملیات مشابهی بر روی عبارات لزجت مصنوعی بجای شکل ضربهای ماتریسی انجام و معادلات جدید ارایه شد. در ضمن معادلات در یک شکل عمومی ارایه شده که قابلیت سوئیچ به هر کدام از حالات با پیش شرط یا بدون پیش شرط را دارد. اینگونه ارایه عمومی معادلات علاوه بر کاربردهایی که در روش بهینه سازی الحاقی دارد، امکان سریع تبدیل کدهای تراکم پذیر بدون پیش شرط را به حالت با پیش شرط فراهم می نماید. در بخش نتایج، حلگر برای ایرفویلهای آزمونه تک المانی و چند المانی در حالت کم سرعت و سرعت بالا با نتایج تجربی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد همگرایی باقیمانده ها که در حلگر تراکم پذیر در سرعتهای پایین بسیار طولانی بوده است در حالت پیش شرط به شدت بهبود می یابد.
    کلیدواژگان: تراکم پذیر، روش رو، فرم پیش شرط، شبکه بی سازمان
  • سید محمد سجاد سیفی، محمد مجدم*، پویان هاشمی طاری صفحات 122-130
    در این پژوهش، طراحی و بهبود آیرودینامیکی پره یک توربین بادی محور افقی کوچک جهت استخراج حداکثر توان خروجی در ضمن داشتن استحکام مکانیکی لازم برای تحمل نیروها و گشتاورهای وارده، انجام شده است. طراحی آیرودینامیکی پره با استفاده از روابط تئوری اندازه حرکت اجزای پره و با استفاده از ضرایب تصحیح مناسب جهت درنظرگرفتن اثرات سه بعدی جریان بر روی عملکرد توربین، انجام می شود. فرایند طراحی، به منظور یافتن توزیع شعاعی اندازه وتر به گونه ای که حداکثر توان ممکن از توربین باد بدست آید، تنظیم شده است. با استفاده از نتایج طراحی آیرودینامیکی، نیروهای وارد بر پره ی توربین استخراج و پره از نظر استحکام مکانیکی مورد بررسی قرارمی گیرد و تحلیل نیروهای واردشده و تحلیل تنش به منظور اصلاح ضخامت پوسته پره جهت تحمل بارهای مکانیکی وارد آن صورت گرفته است. کد عددی توسعه یافته، علاوه برآنکه ابزاری مناسب جهت طراحی آیرودینامیکی و تحلیل مکانیکی پره توربین به دست می دهد، نتایج آن برای توربین 500 واتی مورد مطالعه، منجر به افزایش حدود 5 درصدی توان شده است. از طرفی تحلیل مکانیکی پره جهت تحمل بارهای دینامیکی و استاتیکی بر اساس ضخامت پره و جنس آن نیز نشان می دهد تصحیح اندازه وتر چه تاثیر بر قابلیت اطمینان مکانیکی خواهدداشت. همچنین در این پژوهش مقدار بهینه ی سرعت نسبی نوک پره استخراج شده و تاثیر سرعت نسبی نوک پره بر ضخامت پره مورد بررسی قرار گرفته است. این بررسی سه ایرفویل متداول انجام شده است و تاثیر توزیع طول وتر و ضریب اطمینان آن ها مورد قیاس قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: توربین باد محور افقی، اندازه حرکت اجزای پره، توزیع شعاعی اندازه وتر، تحلیل تنش، ضخامت پوسته پره
  • رضا ناظم نژاد *، حسن شکراللهی صفحات 131-141
    در این مقاله، رفتار ارتعاشات آزاد محوری نانومیله های تابعی مدرج با استفاده از تئوری الاستیسیته سطحی مطالعه می شود. به منظور مدلسازی ارتعاشات آزاد محوری نانومیله ها، از تئوری ساده میله ها استفاده شده است. در کنار استفاده از تئوری ساده میله ها، از تئوری الاستیسیته سطحی به منظور در نظر گرفتن مولفه های انرژی سطح در معادلات حرکت و شرایط مرزی استفاده شده است. مولفه های انرژی سطح را مدول الاستیسیته سطحی، چگالی سطحی، و تنش پسماند سطحی تشکیل می دهند. خواص مکانیکی حجمی و سطحی نانومیله نیز در راستای طولی بصورت توانی در نظر گرفته شده است. سپس، با استفاده از اصل همیلتون، معادله حرکت و شرایط مرزی نانومیله استخراج شده است. بدلیل در نظر گرفتن مولفه های انرژی سطح، معادله حرکت ناهمگن بدست آمده است. اما در هیچ یک از پژوهش های قبلی مانند بررسی رفتار ارتعاشات عرضی نانوتیرها و ارتعاشات پیچشی نانومیله ها در حضور انرژی سطح، مولفه های انرژی سطح سبب ناهمگن شدن معادله حرکت یا شرط مرزی نشده بودند. جهت استخراج فرکانس های طبیعی نانومیله، ابتدا با استفاده از تغییر متغیر مناسب، معادله حرکت ناهمگن تبدیل به معادله حرکت همگن شده است و سپس با استفاده از روش گلرکین، معادله حرکت به ازای دو شرط مرزی گیردار-گیردار و گیردار-آزاد حل شده است. به منظور جامع بودن پژوهش، تاثیر پارامترهای مختلف مانند طول و شعاع نانومیله بر فرکانس های محوری نانومیله تابعی مدرج مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: نانومیله، ارتعاشات آزاد محوری، تئوری الاستیسیته سطح، تابعی مدرج
  • مجید سلطانی *، رضا راهپیما، فرشاد مرادی کشکولی، عادل علیپور، پویا ترکمان صفحات 142-150
    عکسبرداری ترموآکوستیک با استفاده از امواج مایکروویو یک روش عکسبرداری با پتانسیل بالا در تشخیص سرطان پستان در مراحل اولیه است. این روش مزایای تصویربرداری مایکروویو و سونوگرافی را با هم ترکیب میکند. در این روش ساخت تصویر براساس امواج صوتی است که در بافت به علت تابش پالس های مایکروویو بر آن تولید میشود. با توجه به ماهیت چندفیزیکی این پدیده قابلیت و امکان سنجی یک روش شبیه سازی عددی دوبعدی که توانایی حل این پدیده را به صورت یکپارچه و پیوسته دارد، مورد بررسی قرار گرفته است. در این شبیه سازی، یک بافت بیولوژیکی به همراه تومور داخل آن درون یک داکت مربعی )هدایتگر موج( تحت تابش امواج مایکروویو با فرکانس GHz 2. 45 به صورت پالسی قرار داده شده است. تغییرات دمای ایجاد شده در بافت بیولوژیکی به علت تابش امواج الکترومغناطیسی و گرادیان فشار ایجاد شده متناظر این تغییرات دما ارزیابی شده است. سپس شبیهسازی ها برای قدرتهای متفاوت امواج مایکروویو انجام شده تا میزان مطلوب قدرت امواج برای تولید سیگنالهای ترموآکوستیک مورد نیاز عکسبرداری تعیین شود. شبیهسازی ها نشان دادند که در اثر جذب امواج توسط بافت سینه و تومور، افزایش دمای جزیی در بافت ایجاد خواهد شد. برای نمونه در نتیجه تاباندن پالس تحریک با قدرت W 1000 به مدت μs 200 ، افزایش دمایی برابر با °C 0. 004743 در مرکز تومور ایجاد شده است. این تغییرات دمایی بسیار کوچک در تومور سبب ایجاد اختلاف فشار به میزان kPa 0. 02759 در مرز تومور و بافت سینه خواهد شد. این اختلاف فشار موجب تولید امواج صوتی خواهد شد که با استفاده از ردیفی از مبدل ها قابل شناسایی بوده و برای ساخت تصویر استفاده میشود.
    کلیدواژگان: عکسبرداری ترموآکوستیک، توموگرافی ترموآکوستیک، تومور سینه، تشخیص زودهنگام، مایکروویو
  • سلمان نورآذر *، محمدرضا محمدپور صفحات 151-162
    در پژوهش حاضر، انتقال حرارت در یک پرهی متخلخل با در نظر گرفتن مکانیزم انتقال حرارت جابجایی طبیعی و تشعشعی مورد تحلیل و بررسی قرار میگیرد. برای مدل سازی مکانیزم انتقال حرارت تشعشعی از مدل تشعشعی جهتهای مجزا ) DO ( استفاده شده است. همچنین برای مدل سازی محیط متخلخل، مدل دارسی برینکمن فورچهایمر در نظر گرفته شده است. برای حل معادلات حاکم بر مسئله، از روش حداقل مربعات و روش دینامیک سیالات محاسباتی استفاده شده است. صحت و دقت نتایج حاصل از روش حداقل مربعات با نتایج حاصل از روش شبیه سازی عددی، مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیر پارامترهایی نظیر توزیع همگن و ناهمگن تخلخل در طول محیط متخلخل، عدد رایلی، عدد دارسی، تخلخل و ضریب صدور سطح بر روی توزیع درجه حرارت در طول فین متخلخل و عدد ناسلت فین متخلخل مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج بدست آمده، نتایج حاصل از حل حداقل مربعات، با نتایج حاصل از شبیه سازی عددی، انطباق خوبی دارند. متوسط خطا در این حالت 3. 39% است. همچنین صرف نظر کردن از اثر مکانیزم انتقال حرارت تشعشعی در آنالیز انتقال حرارت فین متخلخل به طور متوسط 10−20% خطا در محاسبه عدد ناسلت ایجاد مینماید. به علاوه با در نظر گرفتن توزیع ناهمگن غیر خطی تخلخل، در راستای طولی محیط متخلخل، افزایش 23% در عدد ناسلت فین محیط متخلخل مشاهده میگردد. پس با انتخاب مناسب پروفیل توزیع تخلخل میتوان نرخ انتقال حرارت را به طرز قابل توجهی افزایش داد.
    کلیدواژگان: فين متخلخل، تخلخل ناهمگن، انتقال حرارت تشعشعي، عدد ناسلت، ديناميک سيالات محاسباتي
  • علی ناصری، آرمان محسنی * صفحات 163-172
    روش سرعت سنجی به کمک تصویر ذرات یکی از روش های متداول اندازه گیری است که قابلیت اندازه گیری سرعت لحظه ای جریان سیال را دارد. در این روش با استفاده از ذرات کوچک شناور در جریان که قابلیت حرکت همراه جریان سیال و بازتابش نور را دارند، الگوی حرکت سیال توسط دستگاه تصویر برداری ثبت شده و پس از تحلیل، سرعت جریان سیال به دست می آید. یکی از روش هایی که به منظور تحلیل تصاویر جابجایی ذرات به کار می رود، تحلیل همبستگی است که در آن با تقسیم تصاویر به پنجره های کوچک واکاوی، جهت حرکت ذرات ثبت شده در هر پنجره محاسبه شده و در نتیجه بردارهای جابجایی کل ذرات موجود در تصویر تعیین می شود. یکی از خصوصیاتی که دقت این روش به آن وابسته است، تخمین محل نقطه بیشینه همبستگی است. هدف این پژوهش، بررسی روش های برازش و به کار گیری آن ها در الگوریتم تحلیل جابجایی ذرات به منظور دستیابی به دقت زیر پیکسل در تعیین بیشینه همبستگی و تعیین جابجایی ذرات با دقت زیر پیکسل است. به این منظور، به بررسی تئوری و تجربی روش های برازش با سهمی و رویه درجه دو پرداخته می شود. جهت دستیابی به شرایط تعریف شده، به جای استفاده از سیال، از تغییر شکل جسم جامد تحت بارگذاری یکنواخت استفاده می شود و به جای ذرات شناور در سیال، از توزیع ذرات بر روی سطح جسم استفاده می شود. نتایج نشان می دهد، هر دو الگوریتم برازش مورد بررسی در این تحقیق دارای قابلیت اندازه گیری میزان جابجایی در ابعاد زیر پیکسل و میکرومتر و با میزان خطای 0. 035 پیکسل یا یک میکرومتر می باشند.
    کلیدواژگان: سرعت سنجی به کمک تصویر ذرات (PIV)، دقت زیر پیکسل، تحلیل همبستگی، برازش تابع، اندازه گیری تغییر شکل دو بعدی
  • حسین یوسفیان، حسن مسلمی نایینی *، روح الله عزیزی تفتی، بهنام عباس زاده صفحات 173-179
    در این مقاله، باتوجه به نیاز روز افزون به لوله های استحکام بالا و نازک در صنایع نفت و گاز، اثر استحکام، ضخامت اولیه لوله و اصطکاک بین لوله و غلتک، روی توزیع ضخامت و دوپهنی سطح مقطع لوله در فرآیند اندازه کردن به صورت عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی عددی با استفاده از نرم افزار تجاری مارک منتات انجام گرفته است. نتایج این شبیه سازی نشان می دهد که با افزایش استحکام تسلیم و کاهش ضخامت، دوپهنی سطح مقطع لوله کاهش می یابد. نشان داده شده است که با 2. 77 برابر شدن استحکام تسلیم لولهای به ضخامت 2. 8 میلیمتر، دوپهنی 27 درصد کاهش یافته است. با کاهش ضخامت از 2. 8 به 1. 8 میلی متر لوله ای با جنس فولاد St37 دوپهنی 2 درصد کاهش می یابد. این تغییرات با افزایش استحکام تسلیم بیشتر می شود به طوری که در لوله ای با جنس آلفورم 700 با کاهش ضخامت از 2. 8 به 1. 8 میلیمتر، دوپهنی 45 درصد کاهش می یابد. همچنین اصطکاک تاثیر ناچیزی بر دوپهنی و توزیع ضخامت لوله دارد. اعتبار شبیه سازی اجزای محدود با مقایسه نتایج تجربی تایید شده است.
    کلیدواژگان: فرآیند اندازه کردن، دوپهنی، لوله استحکام بالاف شکلدهی غلتکی
  • ابوالفضل خلیلی جم، مجتبی یزدانی*، توحید سعید صفحات 180-188
    خواص منحصربه فرد فوم های فلزی از جمله وزن سبک، جذب انرژی، هدایت حرارتی کم و بازیافت پذیری موجب شده است، محققان در پی یافتن روش های جدیدی با هدف دستیابی به این مواد با رابطه خوب بین خواص و هزینه های تولید باشند. روش های مختلف تولید بر اساس حالت اولیه فلز به دو گروه حالت مایع و روش پودری تقسیم بندی می شوند. هدف از این مطالعه ارائه روش جدیدی برای تولید فوم آلومینیوم سلول باز با فضاساز سدیم کلرید است. برای تولید فوم با این روش از دو نوع آلیاژ آلومینیوم با گرانروی متفاوت استفاده شد. برای نشان دادن رفتار فشاری فوم های آلومینیوم آزمون های فشار انجام شد. نتایج نشان داد رفتار فوم های تولید شده با این روش با نتایج مقالات دیگر یکسان است. در چگالی های مختلف برای فوم نرم رفتار یکسان بود ولی مقدار تنش در جابجایی یکسان برای چگالی های بالاتر، بیشتر بود. در چگالی یکسان برای دو آلیاژ مختلف استحکام محوری فوم تولید شده از آلیاژ A332بیشتر بود ولی در مقابل فوم تولید شده از آلیاژ 1067 جاذب انرژی خوبی است. مدول یانگ برای دو نوع آلیاژ با چگالی های یکسان، برای آلیاژ A332 مقدار 1. 45GPA و برای آلیاژ 1067 مقدار 1. 11GPa به دست آمد. با چگال تر شدن فوم، مقدار راندمان انرژی کاهش یافت.
    کلیدواژگان: تولید فوم آلومینیومی، رفتار فشاری، حالت مذاب
  • عطیه اندخشیده، ستار مالکی *، حسین کارامد صفحات 189-198
    در این پژوهش، برای اولین بار، تاثیر غیریکنواختی مقطع میکروتیر و شرایط مرزی مختلف بر ارتعاشات غیرخطی میکروتیر با در نظر گرفتن رفتار وابسته به ابعاد براساس تئوری تنش کوپل اصلاح شده، بررسی می شود. با استفاده از اصل همیلتون، معادله حاکم بر میکروتیر اویلر- برنولی، با در نظر گرفتن غیرخطی هندسی فون کارمن و بر اساس تئوری تنش کوپل اصلاح شده استخراج می گردد. سپس معادله ارتعاشات غیرخطی حاصل، با استفاده از روش مشتقات تربیعی بهبود یافته و روش تکرار مستقیم حل می شود تا فرکانس طبیعی غیرخطی بدست آید. در این مرحله، با استفاده از روش گلرکین، معادلات دیفرانسیل جزئی غیرخطی حاکم بر ارتعاشات به معادله دیفرانسیل معمولی غیرخطی از نوع دافینگ با متغیر زمان کاهش می یابد. معادله حاصل، با استفاده از ماتریس دیفرانسیل گیر اسپکترال که بر اساس مشتقات توابع پریودیک پایه تعریف شده است، تفکیک می گردد. سپس با استفاده از روش طول کمان، معادله غیرخطی پارامتری حاصل، حل می شود و پاسخ فرکانسی ارتعاشات اجباری غیرخطی میکروتیر بدست می آید. نهایتا فرکانس طبیعی غیرخطی و پاسخ فرکانسی میکروتیر برای مقاطع غیریکنواخت و شرایط مرزی مختلف محاسبه و تحلیل می شود. نتایج پژوهش جاری نشان میدهد که ارتعاشات غیرخطی آزاد و اجباری میکروتیر وابسته به ابعاد است. همچنین برای تیرغیریکنواخت، این وابستگی ابعادی، چشمگیرتر و برای شرایط مرزی مختلف، متفاوت است. راستی آزمایی روش با مقایسه نتایج با نتایج حل دقیق در حالت ساده شامل مقطع یکنواخت و تکیه گاه ساده صورت گرفته که بیانگر دقت خوب روش حاضر می باشد.
    کلیدواژگان: وابستگی ابعادی، ارتعاشات غیرخطی، پاسخ فرکانسی، میکروتیر، تئوری تنش کوپل اصلاح شده
  • شاهد ملکی پور، محمد ابراهیمی * صفحات 199-206
    در این مقاله با یک رویکرد سیستمی-سیالاتی به طراحی بهینه نازل ماوراء صوت برای استفاده در یک تونل شوک پرداخته شده است. پس از تعیین الزامات و مراحل طراحی مفهومی و طراحی اولیه با استفاده از یک روش مدرن از الگوریتم ژنتیک و دینامیک سیالات محاسباتی جهت بهینه سازی کانتور نازل ماوراء صوت بهره گرفته شده است. در روش بهینه سازی که در این مقاله در پیش گرفته شده است کل منحنی نازل به صورت یکپارچه با تعدادی نقطه کنترلی به صورت پارامتریک بیان می شود و تحت استراتژی بهینه سازی ژنتیک تا رسیدن به منحنی بهینه نهایی با حلگر لزج ناویر استوکس و یک مدل آشفتگی دو معادله ای مورد ارزیابی قرار می گیرد. در این رویکرد از آنجایی که ارزیابی توابع هدف با شبیه سازی عددی انجام می شود برای کاهش زمان فرایند بهینه سازی، هم در روش عددی و هم در الگوریتم ژنتیک، از پردازش موازی استفاده شده است. همچنین در این فرایند، از اسکالرسازی سه تابع هدف یعنی کمترین افت فشار کل، یکنواختی عدد ماخ و کمترین انحراف جریان محوری در خروجی نازل بهره گرفته شده است. در نهایت کانتور نازل بهینه، بهبود عملکرد قابل توجهی نسبت به نازل اولیه حاصل می کند و کارامدی این روش را به خوبی نشان می دهد.
    کلیدواژگان: طراحی بهینه، تونل شوک، نازل ماوراء صوت، زمان آغاز به کار نازل
  • ساناز نصیری، شهرام طالبی*، محمدرضا سلیمپور صفحات 207-216
    بررسی فرایند جوشش به دلیل کاربردهای فراوان در صنعت از جمله مبدل های حرارتی و سیستمهای تهویه مطبوع یکی از زمینه های جذاب برای محققان است. یکی از عوامل مهم و موثر در انتقال حرارت جوشش استخری، هندسهی سطح گرمکن است. در مقاله ی حاضر، جوشش استخری آب دیونیزه و نانوسیال اکسیدآهن/آب در فشار اتمسفر بر روی سطوح مسی صاف و شیاردار به طور تجربی بررسی شده است. تاثیر شیارهای مستطیلی، دایرهای و مثلثی با گام یکسان بر روی انتقال حرارت جوشش، هدف اصلی مقالهی حاضر است. نتایج نشان داده که ضریب انتقال حرارت جوشش آب دیونیزه در سطح شیاردار دایرهای و مستطیلی به ترتیب 92 و 48. 9 درصد افزایش و در سطح شیاردار مثلثی 33. 1 درصد کاهش نسبت به سطح صاف داشته است. همچنین ضریب انتقال حرارت جوشش نانوسیال اکسید آهن/آب در سطح شیاردار دایرهای 40. 7 درصد افزایش و در سطح شیاردار مستطیلی و مثلثی به ترتیب 21. 8 و 88. 7 درصد کاهش نسبت به سطح صاف داشته است. وجود گوشه ها در هندسه ی مستطیلی و مثلثی باعث افزایش مقاومت حرارتی و کاهش ضریب انتقال حرارت نسبت به هندسه ی دایرهای میشود. همچنین مساحت شیار، مکانیزم ایجاد حباب ها و میزان تجمع نانوذرات بر روی سطوح مختلف بر انتقال حرارت جوشش موثر است. برای بررسی اثر عمق، عمق شیارها در هندسه های مختلف افزوده شد. با افزایش عمق، به دلیل بیشتر شدن سطح انتقال حرارت و چگالی مکانهای هسته زا، ضریب انتقال حرارت جوشش آب و نانوسیال به ترتیب حداکثر تا 43. 5 و 40. 6 افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: جوشش استخری، نانوسیال، سطح شیاردار، ضریب انتقال حرارت
  • مجید دامادی پور، رضا تاری نژاد *، محمدحسین امین فر صفحات 217-228
    اخیرا به منظور شناسایی مشخصات دینامیکی سیستم های سازه ای، رویکرد جدیدی تحت عنوان تحلیل مودال عملیاتی مبتنی بر انتقال پذیری (TOMA) ارائه شده است که پارامترهای مودال سازه ها را با استفاده از مفهوم انتقال پذیری تعیین می کند. در رویکرد TOMA، بر خلاف روش های OMA که از فرض ورودی نویز سفید بهره می برند، هیچ فرض محدودکننده ای برای تحریکات ورودی در نظر گرفته نمی شود و پارامترهای مودال سیستم های سازه ای مبتنی بر ویژگی های ماتریس انتقال پذیری استخراج می گردند. روش های انتقال پذیری نیز همانند سایر روش های حوزه فرکانس، در شناسایی مقادیر میرایی سیستم نتایج چندان قابل قبولی ارائه نمی دهند. از این رو در مقاله حاضر یک روش ترکیبی جدید تحت عنوان انتقال پذیری طیف فوریه-تبدیل موجک (FST-WT) پیشنهاد شده است که علاوه بر تعیین فرکانس های طبیعی و اشکال مودی سیستم، به شناسایی دقیق مقادیر میرایی مبتنی بر ویژگی های تبدیل موجک نیز می پردازد. در این تحقیق، قابلیت روش FST-WT در شناسایی و استخراج پارامترهای مودال یک سیستم 5 درجه آزادی تحت ارتعاش آزاد، با استفاده از پاسخ های بدست آمده از مدل سیمولینک متلب مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور فرکانس ها و اشکال مودی به ترتیب از عکس مقدار تکین دوم و اولین بردار تکین چپ ماتریس انتقال پذیری استخراج شده و مقادیر میرایی نیز با استفاده از سیگنال های تک فرکانسی (ضرایب موجک) بدست آمده از تبدیل موجک، مبتنی بر معیار آنتروپی حداقل شانون تعیین گردیده اند. مقایسه نتایج شناسایی تطابق خوبی را با مقادیر دقیق نشان می دهد.
    کلیدواژگان: تحلیل مودال عملیاتی مبتنی بر انتقال پذیری، روش انتقال پذیری طیف فوریه-تبدیل موجک، عکس مقدار تکین دوم، سیگنال های تک فرکانسی، معیار آنتروپی حداقل شانون
  • مریم خمر، مهدی ادریسی * صفحات 229-241
    تاکنون نمونه های مختلفی از رباتهای پوشیدنی با کاربرد بازتوانی طراحی و ساخته شده اند. یکی از چالش برانگیزترین بخش های طراحی رباتهای اسکلت خارجی، طراحی سیستم کنترل حرکت آن است. در رباتهای پوشیدنی بشه دلیشغ ریرخطشی بشودن مشدل دینامیکی، عدم قطعیت پارامترها، ساختارهای مدل نشده یا ساده شده و ارتشاش خارجی (ناشی از نیروی اعمال شده توسط کاربر) استفاده از روش های کنترلی مقاوم ضروری است. بنابراین در این پژوهش جهت تخمین کلیه عوامل ناخواسته به صورت یک اغتشاش کلی از رویتگر غیر خطی اغتشاش استفاده شد و کنترل کننده مقاوم مورد استفاده LQR-FOBSC از ترکیب دو کنترل کننده LQR و پسگام مرتبه کسری طراحی شد. مزیت کنترل کننده LQR ، انتخاب ورودی کنترلی برای رسیدن سریع و بهینه به نقطه تعادل است و FOBSC مقاوم بودن کنترل کننده در برابر عدم قطعیت و اغتشاش و کاهش چترینگ را تضمین می کند. همچنین جهت انتخاب مناسب ضرایب تابع هدف کنترل کننده LQR از الگوریتم ازدحام ذرات استفاده شد. به منظور ارزیابی روش کنترلی ارایه شده، بین نرم افزارهای بیومکانیکی اپن سیم برای شبیه سازی بدن انسان و ربات و محاسباتی متلب به صورت بر خط ارتباط برقرار شد. با استفاده از متلب در هر لحظه ورودی کنترلی محاسبه و به ربات اعمال و اثر آن روی ماهیچه ها و استخوان های بدن کاربر با استفاده از نرم افزار اپن سیم مشاهده و موقعیت مفصل زانو محاسبه گردید. روش حاضر با روش های پسگام مود لغزشی، مرتبه کسری و LQR مقایسه و برتری آن نشان داده شد.
    کلیدواژگان: ربات پوشیدنی زانو، کنترل کننده گام به عقب مرتبه کسری، رگولاتور درجه دوم خطی و رویتگر غیر خطی، اغتشاش
  • وحیده وحیدی فر، مصطفی تقی زاده، وحید فخاری*، پدرام صفرپور صفحات 242-252
    در این مقاله کنترل موقعیت یک عملگر نیوماتیک با شیر سولنوئیدی قطع/وصل با تحریک PWM با استفاده از دو مدار نیوماتیکی متفاوت، انجام می شود. پس از استخراج معادلات دینامیکی حاکم، به منظور بررسی تاثیر مدار بر عملکرد سیستم، به معرفی این دو مدار نیوماتیکی پرداخته می شود. سپس به منظور کنترل موقعیت عملگر نیوماتیکی، برای هر دو مدار، کنترل کننده مود لغزشی و کنترل کننده تناسبی- انتگرالی- مشتق گیر طراحی می شوند. درادامه ضرایب بهینه کنترل کننده ها توسط الگوریتم ژنتیک با هدف کمینه کردن انرژی کنترلی و خطای موقعیت، تعیین می گردند. درنهایت با انجام شبیه سازی ها در سیمولینک متلب، عملکرد کنترل کننده های طراحی شده با ضرایب بهینه در حضور اغتشاش مورد ارزیابی و مقایسه قرار می گیرند. بر اساس نتایج به دست آمده، در مقایسه عملکرد دو مدار، برای مدار نیوماتیکی اول با دو شیر سولنوئیدی، می توان به توانایی سیستم در تعقیب بهتر و دقیق تر ورودی مرجع سینوسی با فرکانس بالا، در حضور کنترل کننده غیرخطی مودلغزشی، درمقایسه با مدار نیوماتیکی دوم با تک شیر، اشاره کرد. خطای ردیابی موقعیت، در ورودی مرجع سینوسی با فرکانس پایین و در حضور کنترل-کننده کلاسیک تناسبی- انتگرالی- مشتق گیر، برای مدار نیوماتیکی با تک شیر، به مراتب کمتر از مدار نیوماتیکی دو شیر می-باشد، که نشان دهنده رفتار شبه خطی ورودی-خروجی عملگر، با این مدار نیوماتیکی است.
    کلیدواژگان: عملگر نیوماتیک، کنترل موقعیت، کنترل کننده مودلغزشی، تحریک PWM، الگوریتم ژنتیک
|
  • Roohollah Yeganeh, Seyed Amin Bagherzadeh *, Mehdi Salehi Pages 1-7
    In this study, a microgenerator is designed to supply the energy needed for electrical circuits of a MAV using piezoelectric materials. For this purpose, a composite airplane wing including all structural elements such as the ribs, spars and skins was designed in COMSOL multiphysics software. On the spar of this wing, a piezoelectric piece is modeled. The wing is modeled as a cantilever beam that its end is excited in an oscillatory manner with given frequencies and amplitudes. During the oscillation, the stress and strain of the wing elements are obtained using the finite element method and the amount of the generated voltage is calculated by coupling the piezoelectric governing equations with the strains. Next, an experimental model is created with the same characteristics of the numerical model and tested. The results of the numerical solution are compared with the results of the experimental tests for the verification. Afterwards, the effects of parameters such as the aspect ratio, the size of piezoelectric materials and the spar thickness on the generated voltage are studied. Finally, the results have been discussed.
    Keywords: Piezoelectric, MAV, Energy Harvesting, Aspect Ratio
  • Hassan Naseh * Pages 8-18
    The purpose of this article is to optimal manned space launch system conceptual design methodology with combination of modular design (by using clustering the existing motors to provide the thrust force) and sensitivity analysis (by varying the affected parameters to achieve the capability) approach. This methodology is implemented according to the human departure to space program and higher strategy document (country’s aerospace development comprehensive document). To this end, in the methodology is utilized both of the statistical and parametric (the space launch system optimized main parameters) methodologies, is determined the optimum thrust level based on the three fundamental requirements (number of stages, number of engines in clustering and maximum axial acceleration). These fundamental requirements are affected on risk and manned space launch system axial acceleration. In the paper, the purpose of sensitivity analysis is to determine of value of effective of main design parameters on space launch system capabilities. The method for optimizing and design space searching is utilized from Genetic Algorithm (GA). Finally, the suggested methodology and mass – energy capabilities will be verified by comparing the results of two methodology (statistical and optimal) to achieve the specific mission.
    Keywords: Conceptual Design, optimal, Space Launch System, Manned, Modular, Sensitivity Analysis Approach
  • Mohammadhossein Soorgee *, Hossein Sahhaf Naeini Pages 19-25
    Turbomachinery, specially gas turbines and axial compressors, play an important and vital role in energy producing and transmission industries. Thus, probable defects must be detected and measured in a timely manner, in order to prevent expensive costs of repair and maintenance. In this paper, a gas turbine blade-disc connection model, that is one of the most important and sensitive gas turbine parts, has been inspected using phased array ultrasonic non-destructive testing method. In manufactured mockup specimen, a crack with 4 and 8 millimeters length, has been created in two steps, followed by the length effect study on inspection results. Comparison of acquired signals in different angles for each crack length with acquired signals got from the healthy model in the same angles, has been employed for crack sizing purposes. The increase in the amplitude of crack reflected signals and the decrease in the amplitude of signals related to the wall behind the crack versus increase in the inspection angle, in ultrasonic phased array testing, has been utilized for extracting a novel feature for crack length estimation. Experimental results show that it is possible to evaluate the crack length in the complicated fir-tree geometry of the disc connection area to the blade, with the amount of error less than 10%, using the extracted feature.
    Keywords: Ultrasonic Non-Destructive Testing, Phased Array, Gas Turbine, Blade-Disc Connection area
  • Majid Kharratzadeh, Khorasgani, Mazaher Salamat, Talab, Mahmoud Mehrdad Shokrieh * Pages 26-32
    In this study, the effect of delamination interface fiber angle orientation on the initiation and propagation fracture toughness of plain woven composites with stacking sequences of [012//012], [011/30//0/011] and [011/45//0/011] under mode I loading were investigated. These stacking sequences are chosen in order to eliminate the effect of the remote ply orientation on the delamination behavior of the double cantilever beam (DCB) specimens. Samples were manufactured by the wet hand lay-up method and fracture tests were conducted on specimens using the universal testing machine (SANTAM STM-150) according to ASTM standard. The experimental results showed that the interface ply orientation had a negligible effect on magnitudes of the initiation and propagation fracture toughness of plain woven composites due to delamination propagation in the resin-fiber interface of delamination interface. Experimental investigations of the fracture surface have shown the effect of different mechanisms on the delamination propagation, which crack propagation in the resin-fiber interface is one of the main mechanisms for increasing the fracture toughness in these specimens. In addition, the experimental evidence revealed that the fiber bridging was not the main mechanism of increasing fracture toughness during the delamination propagation, unlike the unidirectional DCB specimens.
    Keywords: Interface fiber angle, plain woven composites, initiation, propagation fracture toughness, double cantilever beam
  • Mirdavood Hoseini, Maghsoud Shalvandi *, Aydin Salimiasl Pages 33-39
    Vibration waves with frequencies greater than 20 kHz, known as ultrasonic vibrations, are used in many manufacturing and engineering processes. This paper studies the occurrence of acoustic softening in steel specimens with three different microstructures. For this purpose, specimens with bainite and martensitic microstructures were created by Austempering and Quench heat treatments. The final dimensions of these specimens were obtained with Modal finite element analysis using ANSYS software so that the resonance frequency of the specimen is equal to the resonance frequency of transducer. Given that ultrasonic vibration induces a tension called vibrational stress to the crystal, this stress causes movement of dislocations and reduces the yield strength of specimens. In this paper 55 w / cm2 ultrasonic vibration, 18%, 12% and 8% yield strengths of specimens are reduced with ferrite- perlite, bainite and martensitic microstructure. Due to the absorption of vibrational energy by dislocation, the metal forming of these materials takes place with less energy. Also, in this paper, a numerical model for acoustic softening was investigated and it was found that there is a good correlation between numerical modeling and experimental e results.
    Keywords: Ultrasonic vibration, Tensile Test, Acoustic Softening, microstructure
  • Mirdavood Hoseini, Maghsoud Shalvandi *, Aydin Salimiasl Pages 40-45
    The main purpose of this paper is to reveal the volume effect of ultrasonic vibrations on the plastic behavior of S355J2 steel specimens with different grain sizes and investigate the decrease in the Yield strength and ultimate strength of these steel specimens. For this study, samples of grain size of 10, 35 and 60 microns were created by performing various cycles of normalization and annealing heat treatments. An experimental setup was designed and developed for the tensile test with ultrasonic vibration. The tensile test was carried out at a room temperature and constant speed of 1 mm /min and it was found that by applying 390 watts of vibrations, the yield strength reduction of steel specimens with a grain size of 10, 35 and 60 microns was 8%, 18% and 27%, respectively. . The grain boundary length in fine-grain specimens is greater than the largest-grain specimens, therefore, the sound energy is distributed over the boundary. Therefore, the effect of applying ultrasonic vibrations on fine-grain specimens is less than that of largest grains and the yield strength and ultimate strength of fine-grain specimens showed a lower reduction
    Keywords: Ultrasonic vibration, Tensile Test, Acoustic Softening, Grain size
  • Mohammad Habibolahi, Hassan Hassanzadeh *, Mohhammad Rahnama, Seyed Ali Mirbozorgi Pages 46-57
    Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells (PEMFCs) has been widely used in recent decades due to operating at low temperature with high energy density. Water management is one of the main challenges for the development and commercialization of PEMFCs, which has a significant impact on their performance. The behavior of liquid water in the PEMFCs is very important. In this study a pore scale model is used to investigate liquid water transport in the gas diffusion layer (GDL) of PEMFCs. The GDL layer generated by randomly placing circular solid particles. The pseudo-potential lattice Boltzmann (LB) proposed by shan and chen is used to simulate two phase flow. The code was validated in three modes and is verified correctly then, the effect of three pore size particles, porosity coefficient and hydrophobicity of the GDL on the water transfer has been investigated. The results show that, over time, the amount of saturation in the GDL increases and ultimately reaches a constant value. In addition to by reducing the diameter of the particles, the amount of saturation and the number of breakthrough sites decreased, which increases the oxygen penetration.Also, the amount of local water saturation in the catalyst layer (CL) interface and the GDL tends toward one, indicating that oxygen molecules in these regions should be dissolved in water and then fed to the CL. In addition to, the amount of liquid water inside the porous layer decreases with increasing hydrophobicity
    Keywords: Proton Exchange Membrane Fuel Cell, Lattice Boltzmann Method, Gas Diffusion Layer, Two Phase Flow
  • Hossein Abdollahi Khosroshahi, Mohammadali Badamchizadeh * Pages 58-68
    Robotic arms are widely used for 2D desktop applications. In this paper, a new mechanism for a planar robotic arm is presented. In addition to having the benefits of both series of parallel robots, the proposed mechanism also eliminates the disadvantages of both categories. The arm made on the same side as the parallel arms has rigidity, strength and precision, and other positive features of the parallel arms, and on the other hand, like the serial arms, due to the lack of singular points inside the workspace, has a large, symmetrical and also be able to move continuously in the entire workspace. The kinematics relations for the arm are derived, and a controller based on AVR microcontroller & computer for the arm are introduced. The results indicate an improvement in arm performance and the removal of singular points from within the workspace.
    Keywords: robotic arm, kinematics, workspace, singular points
  • H. Sarparast, S. Esmaeilzade Khadem *, A. Ebrahimi Mamaghani Pages 69-80
  • Mousa Rezaee *, Arezoo Esmaeili Pages 81-90
    Study of vibrational behavior and stability of fluid conveying pipes is important due to their large applications in industry. Several methods are used to solve the equation governing the vibration behavior of the fluid conveying pipes, e.g., the classical finite element method and the spectral finite element method. In the present study, the vibration behavior of the viscous fluid conveying pipe embedded in a visco-elastic foundation is investigated using the wavelet- based spectral finite element method. For this purpose, after deriving the equation governing the vibrations of the fluid conveying pipe, the vibration response is obtained using the mentioned method and the effects of the system parameters, such as the elastic foundation constant, fluid density, axial force, as well as the effect of the scale of the utilized scaling function on the system response, have been studied. The results indicate that by increasing the elastic foundation stiffness and/or, reducing the axial compressive force and the fluid density, the critical speed increases. Besides, the results show that increasing in scale of Daubchies scaling functions, increases the response accuracy. Also, to illustrate the advantages of the wavelet based spectral finite element method, for the case in which the analytical solution exists, the system time responses are compared with those obtained by the analytical method and the classical finite element method.
    Keywords: Fluid conveying pipe, Finite element method, Wavelet- based spectral finite element method, Daubchies wavelet
  • Elham Hazrati, Mahmood Azghani * Pages 91-99
    Pedaling is recognized as one of the most widely used therapies in rehabilitation. Which is influenced by various factors. Studying the effect of saddle position and saddle height (horizontal and vertical distance of saddle from pedal, respectively) changes in the pedaling feasible places range (saddle height range: 49-80% of leg length) on the leg joints range of motion and muscles contraction velocity are the purposes of this study. The pedaling conditions with ergometer are obtained in the model (crank arm length and pedaling rate are 17.5 cm and 80 rpm, respectively). Results indicate that ankle, knee and hip joints range of motion are 11.08-37.54 (SD: 0.03-1.86), 69.61-80.58 (SD: 4.02-9.76) and 42.89-46.13 (SD: 0.07-2.89), respectively. The effect of saddle height changes on ankle>knee>hip and the effect of saddle position changes on knee>hip>ankle range of motion. By increasing the saddle height, ankle and knee joints range of motion increase significantly. The positive correlation between ankle-knee, ankle-hip and knee-hip joints, show the coordination and the cooperation of joints during cycling. The saddle place changes affect the contraction velocity of lower limb muscles. In particular, by changing the saddle place in the feasible places, the contraction velocity of ankle, knee and biarticular muscle groups change in a wide range.
    Keywords: Simulation, Pedaling, Saddle Place, Joints Range of Motion, Muscles Contraction Velocity
  • Vahid Roomi, Mohammadreza Saviz * Pages 100-111
    In this research, control of vibration in multilayered cylindrical panel with piezoelectric patch, under dynamic load is investigated, for the first time. The finite element method is used to solve the dynamic equations of the structure, which is based on first-order shear deformation theory, and equivalent single layer models with different rotations for the substrate and the piezoelectric patch is developed. The governing equations are obtained by using the Hamilton’s principle of virtual work, are discretized over the mid-plane, by using eight node shell element, leading into the matrix system of equations. The maximum controllability criterion is used for finding the optimal size and location of piezo-patch. According to the used control law, the applied voltage on the piezo-patch is proportional to the radial velocity component at the point, where the sensor is installed. In order to evaluate the performance of the formulation and finite element model, the natural frequencies obtained for the substrate laminated panel are compared with those in the literature. Then, having the dynamics of the optimal system, the frequency response for open and closed loop controls are studied. Finally, the effects of controller gain values and dimensions of panel and patch on the time response and damping rate of vibrations are illustrated.
    Keywords: Laminated panel, Piezoelectric patch, Finite Element, Vibration control
  • Mostafa Goharshadi, Masoud Mirzaei * Pages 112-121
    In this paper, a viscous all-speed flow solver has been developed based on Roe upwind scheme in unstructured database. In the presented method, stiffness of the compressible governing equations in low-speed region reduces using the preconditioning form. In calculating the artificial viscosity of a Roe upwind scheme, multiple matrices multiplication are needed. Frink reduced these costly operations by simplification of the matrices multiplication to some flux components which are related to distinct eigenvalues. In this research similar to Frink work, the equations of artificial viscosity in preconditioning Roe upwind scheme obtained and presented in the flux components form. This is a generalized form that can be easily switched to the preconditioned or non-preconditioned form. This is useful in converting any original Roe upwind scheme to the preconditioning form and also has application in adjoint optimization method. Results of the computer code were compared with experimental data of single and two-element airfoils in both preconditioning and non-preconditioning form. The results show that the non-preconditioning compressible solver hardly converged in low-speed regions while the preconditioned form converged more rapidly.
    Keywords: Compressible, Preconditioning, Roe scheme, unstructured grid
  • Seyyed Mohammad Sajad Seifi, Pouyan Hashemi Tari, Mohammad Mojaddam * Pages 122-130
    Aerodynamic and optimal design of a blade of a horizontal axis wind turbine (HAWT) has been performed in order to extract maximum power output with considering the strength of the blade structure resulted from different loads and moments. A design procedure is developed based on the Blade Element Momentum (BEM) theory and suitable correction factors are implemented to include three-dimensionality effects on the turbine performance. The design process has been modified to achieve the maximum power by searching an optimal chord distribution along the blade. Based on the aerodynamic design, the blade loads have been extracted and the blade mechanical strength has been investigated by analyzing the thickness of the blade surface and the blade material. The developed numerical model can be considered as a suitable tool for aerodynamically and mechanically design of a turbine blade. The results for a 500 W turbine show that the turbine performance improves by 5% approximately, by modifying chord radial distribution. Yield stress analysis shows the effect of introduced chord distribution on the blade strength, in different blade thicknesses and different blade materials. In addition, optimum tip speed ratio for having favorable mechanical safety factor is derived. Three different airfoil are examined for this investigation and comparing their mechanical safety factor.
    Keywords: Horizontal Axis Wind Turbine, Blade Element Momentum Theory, Airfoil Chord radial distribution, Stress Analysis, Blade surface thickness
  • Reza Nazemnezhad*, Hassan Shokrollahi Pages 131-141
    In the present paper, free axial vibration behavior of functionally graded nanorods is studied using the surface elasticity theory. For modelling of free axial vibration of nanorods, the Simple theory of rods is implemented. Besides using the Simple theory of rods, the surface elasticity theory is used for considering the surface energy parameters in the governing equations and boundary conditions. The surface energy parameters are the surface elasticity, the surface density, and the surface residual stress. The surface and bulk material properties of nanorod are considered to vary in the length direction according to the power law distribution. Then, the governing equation of motion and boundary conditions of nanorod are derived using the Hamilton’s principle. Due to considering the surface energy parameters, the obtained governing equation of motion becomes non-homogeneous. But in none of the previous researches, for example investigation of free transverse vibration of nanobeams and free torsional vibration of nanorods in presence of the surface energy, the surface energy parameters do not cause the non-homogeneity of the governing equation or the boundary conditions. To extract the natural frequencies of the nanorod, firstly the non-homogeneous governing equation is converted to a homogeneous one using an appropriate change of variable, and then for clamped-clamped and clamped-free boundary conditions the governing equation is solved using Galerkin method. In order to have a comprehensive research, effects of various parameters like the length and radius of nanorod on axial frequencies of functionally graded nanorod is investigated.
    Keywords: Nanorod, Free axial vibration, Surface elasticity theory, Functionally graded
  • M. Soltani *, R. Rahpeima, F. Moradi Kashkooli, A. Alipoor, P. Torkaman Pages 142-150
    Microwave-induced thermo-acoustic imaging (TAI) is an imaging technique with a great potential in detecting breast cancer at early stages. This technique combines the advantages of both microwave and ultrasound imaging. In this technique, image construction is based on the acoustic waves which are produced in the tissue due to irradiation of microwave pulses on it. Due to multi-physics nature of this phenomenon, the capability and feasibility of a numerical simulation method which can solve this problem consistently, investigated with performing a two dimensional simulation of TAI. In this simulation, a biological tissue including a tumor is considered in a rectangular duct (waveguide) under irradiation of pulsed 2.45 GHz microwave source. The generated heat in the biological tissue due to electromagnetic waves irradiation and the corresponding pressure gradient in the tissue due to the temperature variations are evaluated. It is then studied for different power levels of microwave sources for identifying required power level for producing thermo-acoustic signals. Simulation results show a minuscule rise in temperature as a result of the absorption of pulsed microwave energy, for example, 0.004743°C temperature increment in the center of the tumor, due to excitation pulse of 1000 W, 200 μs. This small temperature variation in tumor, produce several kPa of pressure variations, 0.02759 kPa pressure difference at the interface of tumor and breast tissue. This pressure variation will produce acoustic signals, which can be detected with array of transducers and used for construction of image.
    Keywords: Thermo-acoustic imaging, Thermo-acoustic tomography, Breast tumor, Early detection, Microwave
  • S. Nourazar *, M.R. Mohammadpour Pages 151-162
    In this study, the analysis of heat transfer in porous fin considering thermal radiation and natural convection is investigated. In order to model radiation, discrete ordinates method is used. Also, Darcy–Brinkman–Forchheimer model is applied for simulating porous media. A Least square method and numerical simulation (computational fluid dynamics) are applied to obtain the solution of governing equations. In addition, accuracy of LSM results is compared with the numerical simulation results. Moreover, the effects of homogeneous and non-homogeneous porosity along the porous media, Rayleigh number, Darcy number, porosity, surface emissivity, on temperature distribution along the length of porous fin and Nusselt number are investigated. Results show that the numerical simulation and LSM results are in good agreement with each other (With average error of 3.39%). Also neglecting thermal radiation effect in heat transfer analysis of porous fin leads to 10- 20% error in the Nusselt number value. Moreover, by applying nonlinear variable porosity along the porous media, the Nusselt number will increase up to 23% with respect to the homogeneous porosity. So in order to enhance heat transfer rate, porosity profile should be applied appropriately along the porous media.
    Keywords: Porous fin, non-homogeneous porosity, Radiative heat transfer, Nusselt number, Computational fluid dynamics
  • Ali Naseri, Arman Mohseni * Pages 163-172
    Particle image velocimetry (PIV) is an optical flow measurement technique, which is capable of measuring instantaneous flow velocity. In this method, visualized flow patterns by small tracer particles, which follow the fluid flow and reflect an incident light, is recorded by a camera successively, and an analysis of particle movements in the recorded images results in the velocity of flow field. Correlation analysis is commonly used for the analysis of particle shift images, in which the images are divided into smaller windows called interrogation windows. The common displacement vector of particles in each interrogation window is determined by correlation analysis, which in turn results in the displacement vectors for the entire image. The accuracy of this method is dependent on the estimation of the location of the maximum value of correlation with subpixel accuracy. The objective of this research is the evaluation of function fit methods to estimate of the correlation peak location with subpixel accuracy. For this purpose, parabolic curve and second order surface fitting are investigated theoretically and experimentally. To achieve definite displacements, deformation of a solid part under uniform loading is investigated instead of fluid flow and the displacement of point patterns painted on the solid surface are analyzed. The results show that both function fit methods are capable of resolving subpixel movements with the accuracy of 0.035 pixel or one micrometer in this research.
    Keywords: Particle Image Velocimetry (PIV), Subpixel Accuracy, Correlation Analysis, Function Fitting, Measurement of Two Dimensional Deformation
  • H. Yousefian, H. Moslemi Naeini *, R. Azizi Tafti, B. Abbaszadeh Pages 173-179
    In this paper, considering the increasing need for high strength and thin pipes in the oil and gas industries, the effects of material strength and the initial thickness of the pipe and the friction between the pipe and the roller, on the distribution of the thickness and ovality of the cross-section of pipe in the process of sizing have been numerically and experimentally investigated. The simulation is performed using the commercial software MSC Marc Mentat. Results of the simulation show that by increasing strength material and reduction of thickness, the ovality of the cross-section of pipe decrease. It has been shown that with a 2.77-fold increase in the yield strength of a pipe with thickness of 2.8 mm, the ovality decreased by 27%. By decreasing the thickness of the St37 pipe from 2.8 to 1.8 mm, the ovality decreased to 2%. These changes increase with increasing yield strength, so that in the alform700 pipe with a thickness reduction of 2.8 to 1.8 mm, the ovality decreased to 45%. Furthermore, the friction condition has very little effect on the ovality of pipe. The validity of the finite element simulation is confirmed by comparison with experimental results.
    Keywords: Sizing process, Ovality, High strength pipe, Roll forming
  • Aboulfazl Khalili Jam, Mojtaba Yazdani *, Tohid Saeid Pages 180-188
    The unique properties of metal foams, including light weight, energy absorption, low thermal conductivity and recyclability, have led researchers to explore new ways to achieve these materials with a good relationship between properties and production costs. Different production methods are divided into two groups of liquid state and powder method based on the initial state of the metal. The aim of this study is to provide a new method for the production of open cell aluminum foam with Sodium Chloride spacer. Two different types of aluminum alloy with different fluidity were used to produce foam with this method. Pressure tests were performed to show the compressive behavior of aluminum foams. The results showed that the behavior of foams produced by this method is the same as the outcomes of other papers. In different densities, the behavior of the soft foam was the same, but the stress was higher in the same displacement for higher densities. In the same density for the two different alloys, the axial strength of the A332 alloy was higher, but in contrast the soft foam is a good energy absorber. Young's modulus for two types of alloys with identical densities was 1.45 GPa for the A332 alloy and 1.11 GPa for the 1067 alloy. The amount of energy efficiency decreased by densifying the foam.
    Keywords: Aluminum Foam Production, Compressive Behavior, liquid state
  • Atieh Andakhshideh, Sattar Maleki *, Hossien Karamad Pages 189-198
    In this article, for the first time, the effect of non-uniformity of microbeam cross section and various boundary conditions on the nonlinear vibration of microbeam is investigated considering the size dependent behavior based on modified couple stress theory. Using the Hamilton’s principle, the governing equation of Euler–Bernoulli microbeam with von Karman geometric nonlinearity based on the modified couple stress theory is derived. The nonlinear vibration governing equation is then solved using the Generalized Differential Quadrature method (GDQ) and direct iterative method to obtain the nonlinear natural frequencies. In this step, the Galerkin method is used to reduce the nonlinear PDE governing the vibration into a time-dependent ODE of Duffing-type. The time domain is then discretized via spectral differentiation matrix operators which are defined based on the derivatives of a periodic base function. Next, the nonlinear parametric equation is solved using pseudo arc-length method and the frequency–response curves of microbeam nonlinear forced vibration is obtained. Finally, nonlinear natural frequency and frequency response of microbeam with various non-uniformity of cross sections and boundary conditions are obtained. Present results show that, the nonlinear free and forced vibration of microbeam is size dependent. Moreover, this size dependency is more significant for non-uniform microbeam and is deferent for various boundary conditions. The result of present method for simple case including uniform section and simply supported boundary condition is validated with that of exact method and have good agreement.
    Keywords: Size dependent, nonlinear vibration, frequency response, microbeam, modified couple stress theory
  • Shahed Malekipour, Mohammad Ebrahimi * Pages 199-206
    In this paper, a systematic approach is considered to Design an optimal hypersonic Nozzle of a shock tunnel. After assigning the requirements and accomplishment of conceptual and preliminary design phases, a modern optimization strategy based on genetic algorithm and a CFD solver has been used to fine tune the nozzle convergent divergent contour. In this way, parameterization of the overall nozzle contour was done with a few control points and a Bezier curve. This arrangement showed a good flexibility to generate appropriate curves for nozzle shape. Design objectives were evaluated with a N-S viscous solver with a two equation turbulence model. Three objective functions were scalerized in a term with summation of weighted parameters: minimum total pressure loss, Mach number uniform distribution along test section and minimum axial flow deviation. A number of geometrical and physical constraints such as nozzle length, throat area, inlet and outlet diameters and inlet boundary conditions were also considered and finally, an optimized nozzle contour showed a significant improvement of about 3% in quality of the Mach 6 flow in the test section.
    Keywords: Design Optimization, Shock Tunnel, Hypersonic Nozzle, Nozzle starting time
  • S. Nasiri, Sh. Talebi *, M.R. Salimpour Pages 207-216
    Investigating of boiling process is one of the attractive fields for researchers, because of many applications in industry such as heat exchangers and air condition systems. One of the important and effective factors in pool boiling heat transfer is the heating surface geometry. In present article, pool boiling of dionized water and Fe3O4/water nanofluid at atmospheric pressure have been analyzed on smooth and grooved copper surfaces, experimentally. The effect of rectangular, circular and triangular grooves with the same pitch on boiling heat transfer is the main aim of present article. The results have showed that the boiling heat transfer coefficient of dionized water in circular and rectangular grooved surfaces has enhanced 92% and 48.9%, respectively, and has reduced 33.1% in triangular grooved surface toward the smooth surface. Also, the boiling heat transfer coefficient of Fe3O4/water nanofluid in circular grooved surfaces has increased 40.7% and has decreased 21.8% and 88.7% in rectangular and triangular grooved surfaces, respectively, toward the smooth surface. The corners existence in rectangular and triangular geometries causes thermal resistance increasing and heat transfer coefficient decreasing toward circular geometry. Also, the groove area, the mechanism of bubbles creation and nanoparticles deposition content on different surfaces are effective on the boiling heat transfer. For investigation of depth effect, the grooves depth was increased in different geometries. By adding depth, the boiling heat transfer coefficient of water and nanofluid has increased up to 43.5% and 40.6%, respectively, because of heat transfer surface and nucleation sites density augmentation.
    Keywords: Pool boiling, Nanofluid, Grooved surface, Heat transfer coefficient
  • Majid Damadipour, Reza Tarinejad *, Mohammad Hossein Aminfar Pages 217-228
    Recently, a new approach called Transmissibility based Operational Modal Analysis (TOMA) has been presented in order to identify the dynamic characteristics of structural systems that determines the modal parameters of structures using the concept of transmissibility. In the TOMA approach, unlike OMA methods that use the assumption of white noise input, no limiting assumption is considered for the input excitations, and the modal parameters of structural systems are extracted based on the features of transmissibility matrix. The transmissibility methods, like other frequency domain methods, do not present very satisfactory results in identifying the damping values. Therefore, in the present paper, a new combined method called Fourier Spectral Transmissibility-Wavelet Transform (FST-WT) is proposed which, in addition to determining the natural frequencies and mode shapes of the system, also addresses the exact detection of damping values based on the features of wavelet transform. In this research, the capability of the FST-WT method in identifying and extracting the modal parameters of a 5-DOF system under free vibration is investigated using the responses obtained from the MATLAB Simulink model. For this purpose, the frequencies and mode shapes are respectively extracted from the inverse of the second singular value and the first left singular vector of transmissibility matrix, and the damping values are also determined using the single frequency signals (wavelet coefficients) obtained from wavelet transform based on the minimal Shannon entropy criterion. The comparison of the identification results shows a good agreement with the exact values.
    Keywords: Transmissibility based Operational Modal Analysis (TOMA), Fourier Spectral Transmissibility-Wavelet Transform (FST-WT) method, Inverse of second singular value, Single frequency signals, Minimal Shannon entropy criterion
  • M. Khamar, M. Edrisi * Pages 229-241
    Recently, a vast variety of wearable robots with various applications, including rehabilitation, have been produced, but a very challenging part of exoskeleton designing which is its motion control system still requires further investigation to be completed. Due to the nonlinearity in the dynamics of human-exoskeleton, uncertainty in parameters, unmodeled or simplified structures, and external disturbances (such as interaction of exerted human forces and movements), the use of robust control strategies is inevitable. Thus, in this research, a nonlinear disturbance rejection observer was used to estimate all of those as total disturbances. Then, a fractional order backstepping sliding mode (FOBSC) was utilized for enhanced tracking plus a Linear Quadratic Regulator (LQR) method to optimize the convergence to the equilibrium points. The advantage of using LQR is the optimum selection of the control input, and the FOBSC guarantees the robustness of the controller against uncertainties and disturbances. The combination of fractional order theory and control methods causes less chattering in the human-exoskeleton interactions. Moreover, particle swarm algorithm was used in order to select the coefficients of the cost function of LQR. In order to calculate the effect of the exoskeleton on human muscles and bones, the human parameters and knee motions, OpenSim was used. Matlab was used to implement the control strategy through OpenSim. The proposed method was then compared with the normal backstepping, fractional order system and LQR methods. The results show the superiority of this method compared to the classical methods.
    Keywords: Knee wearable robot, Fractional order backstepping control, Linear quadratic regulator, Nonlinear disturbance observer
  • Vahideh Vahidifar, Mostafa Taghizadeh, Vahid Fakhari *, Pedram Safarpour Pages 242-252
    In this paper, control position of a pneumatic actuator with the PWM solenoid on/off valves using two different pneumatic circuits performed. After deriving the governing dynamic equations, to investigate the circuit effect on system performance, mentioned two pneumatic circuits are introduced. Then in order to control the position of the pneumatic actuator, for both circuits, sliding mode and proportional-integral-derivative controllers are designed. In proceeding, optimum controller parameters are determined by genetic algorithm to achieve minimum control energy and position error. Finally, by performing simulations in Matlab Simulink, performance of designed controllers with optimal parameters is evaluated and compared in the presence of disturbance. According to the obtained results, by comparing the performance of two circuits, it is observed that the first pneumatic circuit with two solenoid valves can track the high-frequency sine reference input better and more precisely in the presence of a nonlinear sliding mode controller. The position tracking error in low-frequency sine reference input using a classic proportional-integral-derivative controller, for a single-valve pneumatic circuit is considerably less than that of a pneumatic circuit of two valves. This indicates the input-output quasi linear behavior of the pneumatic actuator in a single-valve circuit.
    Keywords: Pneumatic Actuator, Position Control, Sliding Mode Controller, PWM Excitation, Genetic Algorithm