فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاهم شماره 5 (آذر و دی 1397)
  • سال پنجاهم شماره 5 (آذر و دی 1397)
  • تاریخ انتشار: 1397/09/13
  • تعداد عناوین: 19
|
  • مقاله پژوهشی
  • مجید رضا آیت اللهی *، علیرضا ترابی، حمیدرضا مجیدی صفحات 927-942
    شکست ترد پلی استایرن تحت بارگذاری فشاری- برشی با استفاده از نمونه دیسک برزیلی دارای شیار کلیدی شکل به صورت تجربی و نظری مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه های شیاردار توسط پارامترهای مختلف هندسی، یعنی طول و شعاع نوک شیار مشخص شده است. دو مدل پی شبینی مبتنی بر انرژی، یعنی معیار چگالی انرژی کرنشی متوسط و چگالی انرژی کرنشی متوسط براساس مفهوم ضرایب معادل به منظور پیش بینی مقادیر بار شکست تجربی قطعات پلی استایرنی آزمایش شده ارائه شده است. به منظور مقایسه کلی، نتایج تجربی و نظری مقادیر بار شکست برحسب شعاع نوک شیار برای هر حالت رسم شده است. علاوه بر این، تجزیه وتحلیل های مبتنی بر حل اجزا محدود و همچنین مشاهدات تجربی نشان دادند که اگرچه شکست ترد در نمونه های تجربی تحت بار فشاری- برشی از سمت نیروی اعمالی در شیار رخ می ‎دهد ولی همواره خط نیمساز شیار و سمت دیگر شیار تحت تنش های فشاری می باشد. در واقع این رخداد بیانگر مفهوم بارگذاری فشاری- برشی می باشد. در نهایت، نشان داده شده است که تطابق خوبی بین نتایج بار شکست تجربی و مقادیر پیش بینی های نظری با استفاده از معیارهای مبتنی بر انرژی کرنشی وجود دارد.
    کلیدواژگان: شیار کلیدی شکل، پلی استایرن، بارگذاری ترکیبی مود I، II، شکست ترد، چگالی انرژی کرنشی
  • رحمت الله قاجار *، مجتبی حاجی محمدی صفحات 943-950
    صفحات نازک در سازه های دریایی و فضایی به وفور مورد استفاده قرار می گیرند. معمولا در قطعات و سازه های صنعتی نقص هایی هندسی به صورت ارادی و غیرارادی ایجاد می شوند که یکی از مهمترین آنها سوراخ می باشد. جوانه زنی ترک در محل تمرکز تنش سوراخ در قطعات مهندسی بسیار رایج است. حتی اگر این ترک نسبتا کوچک هم باشد، می تواند رشد نموده و منجر به وضعیتی خطرناک گردد. یکی از پارامترهای مهم بررسی رفتار ترک، ضریب شدت تنش است. در این مقاله با کاربرد روش تحلیلی موسخلیشویلی و یافتن نگاشت همدیس مناسب، رفتار دو ترک نابرابر و همراستای اطراف یک سوراخ دایروی بررسی و ضرایب شدت تنش محاسبه می شوند. تاثیر پارامترهای مختلف از جمله، زاویه بارگذاری، طول ترک ها و غیره بر روی مقادیر ضرایب شدت تنش بررسی می گردد. صفحه همسانگرد نامحدود و نوع بارگذاری و شرایط مرزی به گون های است که سطح سوراخ و ترک ها عاری از تنش می باشند و بار کششی در دوردست تحت زاویه دلخواه اعمال می گردد. جهت اطمینان از صحت روش، بعضی مسائل خاص را که حلشان موجود است حل نموده و با داده های موجود در مراجع مقایسه می گردد. در این مقاله یک رابطه صریح برای ضرایب شدت تنش برحسب پارامترهای هندسی ارائه می گردد. همچنین ضرایب شدت تنش مود اول و دوم برای بارگذار ی ها و طول ترک های متفاوت محاسبه می شوند.
    کلیدواژگان: حل تحلیلی، ضریب شدت تنش، ترک، سوراخ، صفحه نامحدود
  • مجید میرزایی*، حامد رمضانی صفحات 951-960
    مطالعه حاضر، یک حل تحلیلی برای پاسخ سازه ای الاستودینامیک گذرای یک پوسته استوانه ای تحت شرایط تکیه گاهی مختلف ارائه می دهد. در مدل سازی مساله، معادلات حرکت یک پوسته استوانه ای جدار ضخیم در نظر گرفته شده است؛ بنابراین اثر تغییرشکل برشی و اینرسی دورانی در پیش بینی پاسخ لحاظ شده است. فرم کلی فرمول بندی و روش حل ارائه شده بر تعداد زیادی از مسائل نظری و کاربردی قابل اعمال است. اگرچه، فرمول بندی برای بار دتونیشن گازی )تراک( در نظر گرفته شده است. فشار بارگذاری حاصل از تراک که ترکیب یک موج شوک و ناحیه واکنش است، به وسیله یک تخمین نمایی از مدل تیلور-زلدویچ بیان شده است. روش تحلیلی ارائه شده به کمک نتایج تجربی موجود در منابع صح تسنجی و با شبیه سازی های اجزا محدود مقایسه شده است. تحلیل ها و شبیه سازی ها برای یک لوله آزمایشگاهی تحت بارگذاری تراک داخلی برای شرایط مرزی دو سر ساده، دو سر گیردار و گیردار-آزاد انجام شده است. نتایج نشان می دهد که طیف های ارتعاشی پاسخ به دست آمده به شدت تحت تاثیر نوع شرایط تکیه گاهی است، به ویژه در انتهای لوله که تداخل بین امواج رو به جلو و امواج برگشتی قابل توجه است.
    کلیدواژگان: پوسته استوانه ای، بارگذاری گذرای دینامیکی، پاسخ سازه ای، شرایط تکیه گاهی
  • رضا ناظم نژاد *، میلاد آریان پور صفحات 961-971
    در این مقاله رفتار استاتیکی پیچشی نانومیله های محصور در محیط الاستیک با در نظر گرفتن اثر انرژی سطح (انرژی ناشی از مدول برشی سطحی و تنش سطحی) و تحت بارگذاری پیچشی خارجی بررسی شده است. بدین منظور، مولفه های تنش ناشی از انرژی سطح، با استفاده از نظریه الاستیسیته سطحی به دست آمده و سه نوع بارگذاری پیچشی خارجی، بارگذاری با دامنه یکنواخت، با دامنه خطی و با دامنه سینوسی، در نظر گرفته شده است. سپس، با استفاده از اصل همیلتون، معادله حاکم بر حرکت نانومیله استخراج شده است. معادلات حاکم در هر نوع بارگذاری نیز به ازای شرایط مرزی گیردار-گیردار و گیردار-آزاد به صورت تحلیلی حل شده است. اثر انرژی سطح و محیط الاستیک بر روی رفتار استاتیکی پیچشی نانومیله (جابه جایی های پیچشی) به ازای در نظر گرفتن مقادیر مختلف برای شعاع و طول نانومیله، و گشتاور خارجی بررسی شده است. به منظور جامعیت بخشیدن به نتایج، تاثیر مقدار و علامت مولفه های انرژی سطح نیز بر روی رفتار استاتیکی پیچشی نانومیله ها بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که تاثیر انرژی سطح می تواند وابسته به عوامل هندسی و مقادیر و نوع علامت مولفه های آن باشد. نتایج این پژوهش می تواند در طراحی سامانه های نانوالکترومکانیکی مانند نانویاتاقان ها و سروو موتورهای دوار مفید باشد
    کلیدواژگان: نانومیله، رفتار استاتیکی پیچشی، محیط الاستیک، انرژی سطح
  • فرزاد ابراهیمی *، علی دباغ صفحات 973-988
    در این مقاله از یک روش حل تحلیلی به منظور مطالعه اثرات بارگذاری حرارتی روی یک نانوصفحه مدرج تابعی قرار گرفته روی بستر الاستیک با استفاده از یک نظریه چهار متغیره پالایش شده استفاده شده است. بارگذاری حرارتی مورد استفاده از نوع رسانش گرمایی می باشد که در این پژوهش از تغییرات غیرخطی دما استفاده شده است. با به کارگیری روابط انتقال حرارت جابه جایی روابط توزیع دمای غیرخطی در راستای ضخامت صفحه به دست آمده اند. خواص فیزیکی وابسته به دمای نانوصفحه با استفاده از مدل موری-تاناکا درجه بندی شده اند. برای در نظر گرفتن اثرات مقیاس کوچک از نظریه غیرمحلی ارینگن استفاده شده است. معادلات حاکم با به کارگیری اصل همیلتون به دست آمده اند. بسامدهای به دست آمده با مقایسه با تحقیقات اخیر صح تسنجی شده اند. علاوه بر این، اثرات پارامترهای گوناگون مثل توزیع دما، ضرایب بستر الاستیک، پارامتر غیرمحلی و شاخص گرادیان بر روی گسترش موج نانوصفحه وابسته به اندازه مدرج تابعی مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: اثرات حرارتی، نظریه صفحه چهار متغییره، گسترش موج غیر محلی، مدلسازی در مقیاس کوچک، مدل موری-تاناکا
  • حامد شه بازی*، وحید تیکنی صفحات 989-998
    در این مقاله با ترکیب ایده هایی از یادگیری تقویتی گرادیان سیاست و روش ازدحام ذرات یک روش ترکیبی بهینه سازی برای کنترل یک سامانه پیچیده غیرخطی ارائه شده است که کاربردهای فراوانی در جهان واقعی خواهد داشت. این سامانه ترکیبی بر روی یک پرنده هدایت پذیر از دور چهارروتور نصب شده است که با هدف کنترل جهت گیری و موقعیت پهپاد عمل می کند. در این روش با گرفتن ایده از روش های تقویتی، گرادیان سیاست در کنترل کننده مشتق گیر تناسبی یک چهارروتور محاسبه می شود و در روابط بهینه سازی ازدحام ذرات وارد می گردد تا بهینه سازی علاوه بر فاکتورهای لحاظ شده در روش های ازدحامی در جهت گرادیان سیاست کنترلی نیز انجام شود. برای انجام بهینه سازی ورودی های کنترلی و مشخصه های سامانه ازجمله: زمان پاس خدهی سامانه، خطای ماندگار سامانه، فراجهش و زمان نشست سامانه در تابع هزینه برای بهینه سازی منظور شده اند. روش ارائه شده بر روی بستر عملی آزمون چهارروتور پیاده سازی و با تعدادی از روش های مرسوم مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: چهارروتور، کنترل بهینه، گرادیان سیاست، بهینه سازی ازدحام ذرات
  • حسین حاتمی *، امیربهزاد فتح الهی صفحات 999-1013
    در این تحقیق به بررسی و مقایسه نظری و عددی رفتار دینامیکی یک مدل متشکل از چهار میله و چهار مفصل الاستیک-پلاستیک تحت اثرات اینرسی در دو حالت تک سلولی و دو سلولی پرداخته شده است. بررسی نظری پس از پیاده سازی فرضیات و به دست آوردن معادلات دینامیکی حرکت، به صورت حل دستگاه معادلات غیرخطی در نرم افزار متلب و بررسی عددی به وسیله نرم افزار اجزا محدود آباکوس صورت گرفته است. در این تحقیق، هدف به دست آوردن رابطه جذب انرژی برحسب پارامتر اینرسی روی سازه مشبک تحت بارگذاری ضرب های و نیز بررسی رفتار دینامیکی پارامترهای موثر و سازوکار فروریزشی سازه در دو حالت تک سلولی و دو سلولی خواهد بود. در نهایت به تحلیل و بررسی تاثیر دو سلولی در نظر گرفتن جاذب، در مقادیر پارامترهای موثر در پاسخ رفتار دینامیکی پرداخته شد. از نتایج به دست آمده مشاهده شد که فروریزش جاذب به صورت متقارن دو سویه خواهد بود. همچنین مقایسه و بررسی نتایج درستی فرضیات و روش های به کار رفته را در هر دو حالت تک سلولی و دو سلولی به اثبات می رساند.
    کلیدواژگان: تیوب مشبک، ضربه، اینرسی، جاذب
  • امیر صفری، محمدرضا فراهانی * صفحات 1015-1021
    در این مقاله، تاثیر زبری سطح حاصل از فرآیندهای آماده سازی سطح شات بلاست و سندبلاست بر استحکام برشی اتصالات چسبی تک لبه مورد مطالعه قرار گرفت. به منظور مطالعه تجربی، قطعات از ورق آلیاژ آلومینیوم 2024 بریده شده و فرآیند شات بلاست در چهار مدت زمان مختلف و فرآیند سندبلاست در چهار فشار متفاوت روی قطعات انجام شد. سطوح آماده سازی شده دو به دو و به صورت تک لبه توسط چسب دوجزئی آرالدیت 2015 با ویسکوزیته بالا و چسب اپوکسی 1012با ویسکوزیته پایین متصل گردیده اند. با طراحی آزمایش های تجربی، اثر پارامترهای این فرآیندها بر زبری سطح و استحکام نهایی نمونه ها بررسی شد. به منظور تعیین استحکام اتصالات از آزمون کشش استفاده شده و نتایج به صورت مقایس های ارائه گردید. نتایج نشان می دهند که با افزایش زبری سطح نمونه های شات بلاست و سندبلاست شده، استحکام برشی نهایی به طور پیوسته افزایش یافته است. زبری و پرداخت سطح بهینه برای چسب های نرم و ترد یکسان بوده است که عدم وابستگی زبری سطح بهینه به نوع چسب در نمونه های آماده شده به روش سندبلاست و شات بلاست را نشان می دهد. بیشترین استحکام برشی نهایی این اتصالات مربوط به فرآیند آماده سازی سندبلاست در حداکثر فشار 6 بار با زبری سطح 6/ 0 میکرومتر بوده است.
    کلیدواژگان: زبری سطح، آماده سازی سطح، شات بلاست، سندبلاست، اتصالات چسبی
  • امین رضا نقره آبادی، امیر حق پرست، محمد قلم باز * صفحات 1023-1038
    تحقیقات بسیار زیادی پیرامون مدلسازی ناپایداری های سیستم های میکرو/نانو الکترومکانیکی با اندازه یکسان دو الکترود متحرک و زیرلایه تاکنون انجام شده است، ولی پژوهشی که مدل سازی ناپایداری پولین استاتیکی و دینامیکی میکرو/نانومحرک ها را با وجود الکترود زیرلایه کوتاه تر )نیمه متاثر( و با درنظر گرفتن اثرات ابعاد کوچک مورد بررسی قرار بدهد یافت نشده است. در پژوهش حاضر، رفتار استاتیکی و دینامیکی میکرو/نانوتیر دوسرگیردار نیمه متاثر موردبررسی قرارگرفته و اثرات ناشی از جابه جایی موقعیت و طول الکترود زیرلایه مطالعه شده است. معادلات حرکت غیرخطی اویلر-برنولی و شرایط مرزی متناظر با آن، مبتنی بر تئوری غیرکلاسیک تنش مزدوج اصلاح شده به دست آمده اند. برای حل معادلات دیفرانسیل از روش حل عددی المان محدود بهره برده شده است. دقت روش المان محدود مورداستفاده از طریق مقایسه با نتایج به دست آمده پژوهش های پیشین اعتبارسنجی شده است و تطابق خوبی بین نتایج مشاهده شد. نتایج نشان دهنده این هستند که با کاهش طول الکترود زیرلایه، مقدار ولتاژ و نیروی موئینگی نهایی افزایش می یابد. کاهش طول الکترود زیرلایه باعث کاهش اندکی در جابه جایی نهایی می شود. در نهایت، یک پارامتر جدید متعادل کننده اثر اندازه-نیروی موئینگی برای نانوتیرها معرفی خواهد شد که باعث تغییر رفتار نانوتیر می گردد.
    کلیدواژگان: نانوتیر، دوسرگیردار، نیمه متاثر، تئوری تنش مزدوج اصلاح شده
  • علی عزیزی، علیرضا ستوده* صفحات 1039-1050
    در این مقاله خمش و ارتعاش آزاد نانو ورق مدرج تابعی با استفاده از یک نظریه ورق مرتبه بالای مثلثاتی جدید بررسی شده است. معادلات حاکمه با استفاده از اصل همیلتون استخراج گردیده و سپس حل دقیق خمش و ارتعاش آزاد نانو ورق مستطیلی با شرط مرزی ساده به کمک روش ناویر به دست آمده است. همچنین ازنظریه غیرمحلی برای لحاظ اثرات اندازه استفاده شده است. خواص مکانیکی نانو ورق مدرج تابعی با تابع توانی در راستای ضخامت تغییر می کند. به منظور تایید دقت نظریه ارائه شده، نتایج حاصل از حل حاضر با نتایج موجود مقایسه شده است و مطابقت بسیار خوبی حاصل گردیده است. همچنین، اثرات نسبت طول به ضخامت، نسبت ابعادی درون صفحه ای و پارامتر غیرمحلی روی رفتار خمشی و ارتعاش آزاد نانو ورق بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که لحاظ پارامتر غیرمحلی در معادله حاکمه یا افزایش مقدار شاخص توانی، باعث کاهش بسامد طبیعی و افزایش خیز نانو ورق می شود و به عبارت دیگر موجب کاهش سفتی نانو ورق می گردد. در ضمن با افزایش طول نانو ورق یا نسبت ابعادی، تاثیر پارامتر غیرمحلی و اثرات اندازه کاهش می یابد. همچنین، نظریه ارائه شده علاوه بر ارائه جوا بهای دقیق خمش و ارتعاش آزاد برای نانو ورق ضخیم و نسبتا ضخیم با هزینه محاسباتی کم، توزیع سهمیوار تنش برشی درون ضخامت را پیش بینی می کند.
    کلیدواژگان: نانو ورق مدرج تابعی، نظریه ورق مرتبه بالای مثلثاتی جدید، نظریه غیر محلی، خمش، ارتعاش آزاد
  • سحاب فرجاد باستانی*، علیرضا خدایاری صفحات 1051-1060
    یکی از دستاوردهای صنعت خودرو در سال های اخیر اضافه نمودن سامانه انجام پارک خودوند خودرو می باشد. در این مقاله با ارائه یک الگوریتم جدید سعی شده تا با استفاده از خواص منحنی کلوتوئید، مسیر قابل پیمایشی برای حرکت خودرو به سمت جایگاه پارک طراحی شود. حرکت خودرو در این مسیر هموار به صورت پیوسته، با سرعت ثابت و ایمن است. با استفاده از این مسیر سامانه قادر است خودرو را تنها با یک مانور در فضایی برابر با 6/ 1 برابر طول خودرو پارک نماید. از مزایای الگوریتم پیشنهادی نحوه کنترل حرکت خودرو برای انجام عملیات پارک می باشد. بدین صورت که با تبدیل مساله کنترل حرکت خودرو بر روی مسیر دلخواه به مساله کنترل حرکت خودرو با سرعت معین، میزان خطای ایجادشده در فرایند حرکت خودرو به سمت محل مورد نظر به حداقل ممکن رسیده است. با استفاده از این الگوریتم خودرو برای انجام عملیات پارک با سرعتی کاملا یکنواخت و بر روی مسیری هموار حرکت خواهد نمود؛ بنابراین مسیر طراحی شده در مقایسه با روش های دیگر طراحی مسیر از راحتی سفر بیشتری برخوردار است. نتایج حاصل از پیاده سازی الگوریتم برای شرایط واقعی یک خودرو، دقت بالا وصحت عملکرد این الگوریتم را در مقایسه با سایر سامانه ها نشان می دهد.
    کلیدواژگان: پارک خودرو، پارک موازی، منحنی کلوتوئید، طراحی مسیر حرکت، پیوسته سازی مسیر
  • سیما ضیایی* صفحات 1061-1077
    این مطالعه به بررسی ارتعاشات جانبی صفحات تک لایه و چند لایه با معماری های متفاوت گرافن/برن نیترید در محیط حرارتی می پردازد. بدین منظور ابتدا نیروی واندوالز بین صفحات با استفاده از معادله لنارد-جونز 6- 12 شبیه سازی شده است. سپس از تئوری ورق اصلاح شده دو متغیره برای شبیه سازی رفتار ارتعاشی صفحات مرکب تک لایه گرافن/برن نیترید یا صفحات مرکب با چیدمان عمودی، استفاده شده است. برای آمیختن اثر سایز با فرضیات تئوری ورق اصلاح شده دو متغیره، از تئوری آیفانتیس برای استخراج انرژی پتانسیل غیر کلاسیک استفاده شده است، همچنین با یک مقیاس طول اضافی از گرادیان سرعت نیز در استخراج انرژی جنبشی بهره گرفته شده است. برای استخراج معادلات مقادیر ویژه حاکم بر مساله از اصل همیلتون توام با روش ریتز استفاده شده است. یافته ها نشان می دهند که در تعداد لایه های ثابت گرافن و برن نیترید با انتخاب چیدمانی مناسب می توان فرکانس پایه غیر هم فاز را کمینه یا بیشینه نمود. در نانوصفحات مرکب تک لایه با کنترل فضای اشغال شده توسط برن نیترید می توان فرکانس پایه نانو ورق را بهبود بخشید. صرف نظر از نوع ورق مرکب مورد مطالعه، با افزایش دما یا افزایش مقیاس طول، فرکانس پایه کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: سازه های مرکب، تئوری ورق اصلاح شده، تئوری آیفانتیس، گرادیان سرعت، بسامد پایه
  • رسول محرمی*، حمید علی زاده صفحات 1079-1084
    تنش های پسماند ایجاد شده در فرآیندهای ساخت بر رفتار مکانیکی قطعات تاثیر گذار بوده و می تواند موجب از کارافتادگی زود هنگام قطعات صنعتی گردد. توسعه روش های تجربی جهت تخمین تنش های وارد بر قطعات از موضوعات مورد توجه محققان می باشد. در این مقاله روشی برای تخمین تنش سطحی مواد مغناطیسی مانند فولادهای کربنی، بر اساس اندازه گیری گسیل های مغناطیسی بارک هاوزن ارائه شده است. حرکت دیواره های مغناطیسی متغییر در یک قطعه دارای تنش منجر به تولید یک سری میدان های مغناطیسی ریز به نام نویز مغناطیسی بارک هاوزن می شود که وابسته به مقدار و جهت تنش در قطعه می باشد. در پژوهش انجام شده، دستگاه اندازه گیری تنش با روش مغناطیسی بارک هاوزن به طور کامل طراحی و ساخته شده و با اجرای تست های تجربی یک منحنی کالیبراسیون خطی برای تخمین تنش در نمونه های فولاد کربنی مورد بررسی استخراج شده است. در ادامه نتایج تخمین تنش در یک قطعه که با استفاده از منحنی کالیبراسیون بدست آمده با مقادیر مواقعی مقایسه گردیده است. طبق نتایج داده های حاصل از این پژوهش با دقت قابل قبول می تواند راهکار مناسبی برای مقایسه و اندازه گیری غیر مخرب و سریع خصوصیات شمیایی، فیزیکی و مکانیکی نظیر سطح تنش در قطعات فولاد کربنی باشد.
    کلیدواژگان: اندازه گیری، تنش، مغناطیسی، نویز بارک هاوزن، فولاد کربنی
  • بتول سلیمانی رودی، علیرضا فتوحی فیروز آباد*، محمد مهدی جلیلی صفحات 1085-1096
    میله ها یکی از اعضای مهم در سازه های مهندسی هستند و تحلیل ارتعاشات میله به علت کاربرد وسیع آن در مهندسی دارای اهمیت زیادی است. بنابراین، درک چگونگی ارتعاشات غیرخطی محوری میله در شرایط تکیه گاهی متفاوت، با دامنه اولیه زیاد، بسیار مفید است. لذا در این مقاله، به تحلیل ارتعاشات میله با شرایط تکیه گاهی متفاوت، براساس کرنش محدود، بدون ساده سازی در روابط کرنش-جابجایی پرداخته شده و برای بدست آوردن معادله های حاکم از کرنش گرین- لاگرانژی، میرایی ساختاری و اصل هامیلتون استفاده شده است. سپس با استفاده از روش گالرکین معادله غیرخطی پاره ای به معادله غیرخطی معمولی تبدیل شده است. معادله های حاصل بر خلاف اکثر مقالات که برای معادله ارتعاشاتی غیرخطی فقط جمله غیرخطی درجه سه را درنظر می گیرند، دارای جمله های غیرخطی درجه دو و سه هستند. این معادله ها به روش مقیاس های چندگانه حل شده و پاسخ ارتعاشاتی میله در دو حالت بدون میرایی و با میرایی با شرایط مختلف تکیه-گاهی بدست آمده است. برای بررسی دقت روش و صحت سنجی آن، نتایج به دست آمده از روش حاضر با نتایج روش عددی رانگ-کوتای درجه چهارم مقایسه گردیده که نشان می دهد روش حاضر دارای دقت مناسبی است. در پایان تحلیل حساسیت برای بررسی تاثیر ضریب های غیرخطی بر پاسخ ارتعاشاتی میله انجام شده است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات غیرخطی، کرنش گرین-لاگرانژی، روش مقیاس های چندگانه، تحلیل حساسیت
  • عباس هادی، سعید شاخصی*، حمیدرضا اویسی، جمشید فضیلتی صفحات 1097-1111
    در این مقاله ارتعاشات آزاد پوسته های استوانه ای از جنس مواد هدفمند تحت نیروی محوری و فشار جانبی، احاطه شده با بستر الاستیک به ازای شرایط مرزی مختلف با استفاده از روش حل گسترش موج بررسی شده است. خواص مواد هدفمند مطابق قانون توانی در جهت ضخامت تغییر می کند. بستر الاستیک از نوع بستر دو پارامتری پسترناک می باشد. معادلات حاکم بر پوسته استوانه ای بر روی بستر الاستیک تحت نیروهای مکانیکی مبتنی بر نظریه مرتبه اول برشی سندرز-کویتر با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده اند. با فرض میدان تغییر مکان به صورت گسترش موج معادلات حاکم حل شده اند. بسامدهای طبیعی پوسته استوانه ای تحت شرایط مرزی مختلف، به دست آمده و با نتایج مراجع مقایسه شده اند. مشخص می شود که استفاده از میدان تغییر مکان به فرم گسترش موج به صورت یک روش موثر و قابل اطمینان عمل نموده و به ازای شرایط مرزی مختلف نتایج قابل قبولی ارائه می دهد. البته نشان داده می شود که به ازای شرایط مرزی مختلف و ابعاد هندسی پوسته، دقت روش گسترش موج نیز متفاوت است. همچنین با تکیه بر نظریه توسعه داده شده، اثرات شرایط مرزی مختلف، نیروی محوری، فشار جانبی و پارامترهای بستر الاستیک بر رفتار ارتعاشی پوسته استوانه ای از جنس مواد هدفمند مورد بررسی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، پوسته های استوانه ای، مواد هدفمند، نیروی محوری و فشار جانبی، بستر الاستیک
  • مهدی غفارزاده، علی کمالی ایگلی *، رضوان عابدینی، روح الله رجبی، محمد توکلی کجانی صفحات 1113-1122
    تراز الکترونیکی به عنوان ابزار تنظیم زوایای دقیق در تجهیزات پیشرفته کاربرد دارند. دقت و صحت عملکرد تراز باید با استفاده از وسایل کالیبراسیون ظریف و حساس مورد ارزیابی قرار گیرد. در این پژوهش به منظور کالیبراسیون و ارزیابی دقت یک تراز الکترونیکی دو محوره دقیق، یک ابزار کالیبراسیون با قابلیت موقعیت دهی و تفکیک پذیری یک میکرون طراحی و ساخته شده است. سپس به بررسی روابط خطی و غیرخطی حاکم بر رفتار تراز الکترونیکی پرداخته شده است. خطای غیرخطی بودن رفتار تراز و همچنین تکرارپذیری رفتار آن در زوایای مختلف، جهت سنجش میزان قابلیت اطمینان حسگر استخراج شده است. با بکارگیری و مقایسه دو روش میانگین حسابی و هندسی، به روش تحلیلی و با شناسایی عوامل موثر بر خطای خروجی کالیبراتور، اثر دقت و خطای اندازه گیری هرکدام از آن عوامل بر روی عدم قطعیت اندازه گیری زاویه در فرایند کالیبراسیون بدست آمده است. نتایج نشان دهنده آن است که می توان از هر دو روش میانگین گیری معرفی شده برای استخراج رابطه انتشار عدم قطعیت با دقت خوبی استفاده نمود. همچنین، تحلیل عدم قطعیت پایه ساخته شده و فرآیند کالیبراسیون تناسب تجهیزات بکارگرفته شده را برای ارزیابی تراز الکترونیکی دقیق نمایان می سازد.
    کلیدواژگان: تراز الکترونیکی، کالیبراسیون، عدم قطعیت اندازه گیری، حسگر الکترولیتی
  • بهنام خدابنده، حامد شه بازی*، امیر حسن منجمی صفحات 1123-1135
    در این مقاله یک سامانه مبتنی بر ساختارهای عصبی موسوم به مولد مرکزی الگوی واحد ارائه شده که قادر است الگوی موردنیاز برای حرکت در یک ربات را براساس یک نوع آموزش نمایشی به دست آورد. مولد الگوی واحد می تواند به دو زیرسامانه گسسته و ریتمیک تقسیم بندی شود. زیرسامانه اول مسئولیت تولید حرکات کوتاه و معطوف به هدف و زیرسامانه دوم مسئولیت تولید حرکات ریتمیک را به عهده دارد. الگوریتم آموزشی خاصی برای استفاده از این مولدهای الگوی واحد در این مقاله طراحی شده است. مفاصل و بازوهای ربات با تشخیص اسکلت بدن انسان توسط حسگر کینکت به صورت بلادرنگ کنترل می شوند. اساس کار انجام شده بدین شکل است که ابتدا به کمک حسگر کینکت دنباله های حرکتی بدن مربی ضبط شده و به کامپیوتر منتقل می شوند. این دنباله های حرکتی تعدادی نوسان سازهای غیرخطی را آموزش داده و سپس نوسان سازهای غیرخطی حرکات را برای ربات انسان نما بازتولید می کنند. برای ارزیابی نتایج سیگنال های آموزش داده شده در نرم افزار وی رپ شبیه سازی شده و سپس بر روی ربات انسان نمای بایولوید پیاده سازی شدند. مدل ارائه شده یک بستر مناسب جهت ارائه آموزش های نمایشی و مبتنی بر تقلید برای ربات های انسان نما محسوب می شود که نیاز به کنترل صریح و برنامه نویسی مستقیم را برطرف می سازد و امکان آموزش غیرمستقیم رفتارهای پیچیده روی انواع ربات ها را مهیا می سازد.
    کلیدواژگان: ربات انسان نما، یادگیری تقلیدی، نوسان ساز غیرخطی، مولد الگوی واحد، کینکت
  • پریناز شکرانی، لیلا قربانی، حمید صادقیان * صفحات 1137-1143
    قطع عضو اندام تحتانی درصد بالایی از قطع عضوهای بدن را به خود اختصاص داده و به طور قابل توجهی باعث کاهش توانایی های حرکتی فرد می شود. بنابراین مهم ترین هدف در طراحی پروتز، بازگرداندن عملکرد عضو می باشد. بیشتر پروتزهای تجاری مچ پا، غیرفعال بوده و مشکلات بالینی بسیاری برای فرد قطع عضو شده ایجاد می کنند. گرچه با بهره گیری از اجزای فعال، پروتزهای قدرت یافته ی بسیاری جهت بهبود حرکت فرد طراحی شده اند، اما چنین طراحی هایی هنوز هم نیازمند محر کهای سنگین و بزرگی بوده تا بتوانند توان لازم جهت به جلو راندن بدن را ایجاد کنند. هدف اصلی طراحی حاضر، به کارگیری مجموعه ای از فنرها و محرکی با توان پایین، جهت ذخیره ی انرژی در فاز ایستایش و آزادسازی آن در زمان به جلو راندن بدن است. به این ترتیب با استفاده از موتوری با اندازه و وزن پایین، گشتاور و توان مکانیکی مورد نظر در راه رفتن طبیعی فراهم شده و سختی مچ پا در هر مرحله از قدم زدن، انطباق خوبی با ویژگی های مچ پای طبیعی پیدا می کند. در انتها، به منظور ارزیابی عملکرد پروتز، شبیه سازی آن در محیط سیم مکانیک متلب انجام گرفت. نتایج نشان می دهد که این پروتز قادر است نمودار گشتاور-زاویه و توان-درصد سیکل مچ پای طبیعی را به خوبی دنبال کند.
    کلیدواژگان: پروتز فعال زیر زانو، سیکل راه رفتن، مفصل مچ پا، محرک الاستیک سری
  • علی غفاری، علیرضا خدایاری *، سمانه عابدینی صفحات 1145-1154
    یکی از چالش های بزرگ جهان امروز تصادفات رانندگی است که با خسارات متعدد مالی و جانی همراه است. تصادفات رانندگی بر اثر عوامل مختلفی همچون نقص فنی خودرو، رعایت نکردن قوانین راهنمایی و رانندگی و یا عدم تمرکز حواس راننده در مدت زمان رانندگی رخ می دهند. درصد عمده ای از تصادفات رانندگی بر اثر عدم تمرکز حواس راننده در مدت زمان رانندگی است. این مقاله یک الگوریتم هوشمند کنترلی جهت تشخیص حالت راننده براساس پردازش تصویر ارائه می دهد. این الگوریتم هوشمند کنترلی براساس حالت چشم راننده طراحی شده و دارای سه فاز، تشخیص اجزایی صورت، شناسایی حالت راننده و هشدار به راننده است. جهت صحت سنجی این الگوریتم پایگاه داده ای بسیار متنوع و کامل طراحی و تهیه شده است. با انجام آزمایش های عملی نشان داده شده است که الگوریتم هوشمند پیشنهادی دارای 96 درصد صحت در تشخیص عدم تمرکز حواس راننده می باشد. همچنین یک سامانه تشخیص عدم تمرکز حواس راننده بر مبنای الگوریتم ارائه شده، بر روی خودرو واقعی طراحی و پیاده سازی شده است. نشان داده شده است که این الگوریتم می تواند در راستای هوشمندسازی خودرو و جلوگیری از تصادفات رانندگی مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: تشخیص عدم تمرکز حواس راننده، ردیابی چهره، حالت چشم راننده، خودرو هوشمند
|
  • M.R. Ayatollahi*, A.R. Torabi, H.R. Majidi Pages 927-942
    In the present study, brittle fracture of the general-purpose Polystyrene (GPPS) is studied experimentally and theoretically under compressive-shear loading by using the Brazilian disk specimens containing a key-hole notch. The notched specimens are specified by different geometric parameters, i.e. the notch length and the tip radius. In this investigation, 84 fracture tests reported recently by the present authors are evaluated to assess the brittle fracture of key-hole notched specimens under compressive-shear loading. Two energy-based fracture models namely, the averaged strain energy density (ASED) and averaged strain energy density based on the equivalent factor concept (ASED-EFC) are proposed to predict the fracture loads of the tested GPPS specimens. The experimental and theoretical results are plotted for each case in the form of the fracture load versus the notch tip radius. Moreover, the analyses based on the finite element method as well as the experimental observations showed that although brittle failure in the test samples under compressive-shear loading takes place from the applied load side of the notch border by local tensile stresses, the notch bisector line and the other side of the notch border sustain compressive stresses. In fact this phenomenon states the concept of compressive-shear loading. Finally, it is shown that a good agreement exists between the experimental fracture load results and the theoretical predictions evaluated by using the two strain energy-based criteria.
    Keywords: Key-hole notch, GPPS, Mixed mode I, II loading, Brittle fracture, Strain energy density
  • R. Ghajar*, M. Hajimohamadi Pages 943-950
    Thin plates are used in marine and aerospace structures. Geometric defects in components and industrial structures usually occur intentionally or unintentionally which hole is one of them. It is common that a crack initiate in the areas of stress concentration. Even if the crack is relatively small, it propagates and can lead to a dangerous situation. Stress intensity factor is one of the important parameters of the crack behavior. In this paper, by using the analytical solution of Muskhelishvili and finding suitable conformal mapping, behavior of two unequal and aligned cracks emanating from a circular hole is investigated. The effect of parameters such as load orientation, crack length and etc. is studied. The hole and the cracks are assumed to be traction free. The infinite isotropic plane is subjected to a uniform tensile loading at infinity in an arbitrary direction. To ensure the accuracy of the method, results are compared with some specific problems. In this paper, an explicit formula based on the geometric parameters of the problem is presented for stress intensity factor. Also and are obtained for various loading and cracks length.
    Keywords: Analytical Solution, Stress intensity factor, Crack, Hole, Infinite Plane
  • M. Mirzaee*, H. Ramezani Pages 951-960
    This study presents a new analytic solution for transient elasto-dynamic structural response of cylindrical shells to internal moving load under different boundary conditions. The equations of motion of a thick shell are used and the effects of transverse shear and rotary inertia are considered. The general form of the presented formulations and the solution method are applicable to many theoretical and practical problems. However, the formulation is adjusted for gaseous detonation loading. The pressure history of the detonation loading, which consists of a shock wave and a reaction zone, is represented by an exponential approximation to the Taylor-Zeldovich model. The presented analytic solution is validated through comparison with the available experimental data from the literature and finite element simulations. Representative analyses are carried out for an experimental detonation tube subjected to different boundary conditions including simply-supported, clamped-clamped, and clamped-free. Results show that obtained vibrational behavior can be highly affected by the types of boundary conditions especially for locations near the end of the tube, where the interference between the forward traveling waves and the reflected waves is quite significant.
    Keywords: Cylindrical shell, Transient Dynamic Loading, Structural Response, Boundary conditions
  • R. Nazem Nezhad*, M. Aryanpour Pages 961-971
    In this paper, the torsional static behavior of nano-rods under external torsional loads and embedded in elastic medium is investigated by considering the surface energy effect (the energy due to the surface shear modulus and the surface stress). For this purpose, surface stress components are obtained using the surface elasticity theory, and three types of external torsional loadings, uniform torque load, linear torque load, and sinusoidal torque load are considered. Then, the governing equation of motion of nano-rod is derived using the Hamilton’s principle. The governing equation of motion is analytically solved for clamped-clamped and clamped-free boundary conditions; and the surface energy effect on torsional static behavior of nano-rod (rotational displacements) is investigated for various values of nano-rod radius and length, and torsional torque. In order to complete the investigations, effects of value and sign of the surface energy components on torsional static behavior of nano-rod are also considered. The obtained results show that the effect of the surface energy can be dependent on the geometrical parameters and the value and sign of the surface energy components. Results of the present study can be useful in design of nano-electro-mechanical systems like nano--bearings and rotary servomotors.
    Keywords: Nano-rod, Torsional static behavior, Elastic medium, Surface energy
  • F. Ebrahimi*, A. Dabbagh Pages 973-988
    In this article, an analytical approach is used to study the effects of thermal loading on the wave propagation characteristics of an embedded functionally graded nano-plate based on refined four-variable plate theory. The heat conduction equation is solved to derive the nonlinear temperature distribution across the thickness. Temperature-dependent material properties of nano-plate are graded using Mori-Tanaka model. The nonlocal elasticity theory of Eringen is introduced to consider small-scale effects. The governing equations are derived by means of Hamilton’s principle. Obtained frequencies are validated with those of previously published works. Moreover, effects of different parameters such as temperature distribution, foundation parameters, nonlocal parameter and gradient index on the wave propagation response of size-dependent functionally graded nano-plates have been investigated.
    Keywords: Nonlocal wave propagation, Four-variable plate theory, Inhomogeneous nano-plate, Mori-Tanaka model, Thermal effects
  • H. Shahbazi*, V. Tikani Pages 989-998
    In the paper a new method of optimal control in presented which is composed of policy gradient reinforcement learning and particle swarm optimization. This method has a lot of applications in the real world. The combined method is implemented on a quadrotor drone to control attitude and position of the drone. Inspired from reinforcement methods, the gradient of the policy is computed for a proportional-integral-derivative controller and used in particle swarm optimization to be used in optimization process in addition to the other factors. To study the performance of Optimal proportional-integral-derivative controller on attitude control of the system, a quadrotor is fixed to the design a test stand. The system consists of an accelerometer and a gyroscope sensors and a microcontroller which is used to design fuzzy proportional-integral-derivative attitude controller for the quadrotor. Considering that the experimental data has lots of errors and noises, Kalman filter is used to reduce the noises. Finally using Kalman filter leads to better estimation of the quadrotor angles and the optimized proportional-integral-derivative controller performs the desired motions successfully. The presented method is implemented and tested on the quadrotor test bench and compared with some old methods. To check the robustness of the proportional-integral-derivative controller to the external disturbances, random disturbances are applied to the quadrotor. The controller stabilized the quadrotor rapidly even with disturbance is applied.
    Keywords: Quadrotor, Optimal control, Policy Gradient, Particle Swarm Optimization
  • H. Hatami*, A.B. Fathollahi Pages 999-1013
    The present study provides the theoretical and numerical comparison and study of the dynamic behavior of a four-rod and four-elastic-plastic joint model under the inertia effects in both single and double cell modes. The theoretical study was carried out by solving nonlinear equations in MATLAB with dynamic equations of motion. Numerical analysis was also carried out with ABAQUS. The objective of this study is to derive the equation of energy absorption in terms of the inertia parameter to the expanded metal tube structure under impact loading and also to study the dynamic behavior of effective parameters and collapse mechanism of the structure in both single and double cell modes. Finally, the analysis of the effect of double cell absorber was carried out for the values of effective parameters in dynamic response. The results show that the collapse of the absorber will be symmetric in two directions.
    Keywords: Expanded metal, Impact, Inertia, Absorber
  • A. Safari, * M. Farahani Pages 1015-1021
    In this paper, the influences of surface roughness on the strength of the single lap adhesive joints for the prepared adherent with shot blasting and sandblasting processes were examined. Sheets from 2024-T3 aluminum alloy were cut into pieces and then shot blasted at four different durations and sandblasted with four different pressures. Prepared aluminum specimens were jointed using two different adhesives, two-component Araldite 2015 with high viscosity and epoxy HPL1012/HPH112 with low viscosity. The effects of process parameters on the surface roughness of the adherent and ultimate shear strength of the joint were investigated using design of experiments technique. Tensile test was used to determine the ultimate strength of the joints. The obtained results were presented comparatively. It was shown that by increasing the surface roughness of shot blasted and sandblasted samples, the ultimate shear strength of the joints increases continuously. The optimum surface treatment for ductile and brittle adhesives was similar that shown no relation of this optimum roughness to adhesive type in the prepared samples with sandblast and shut blast processes. The highest ultimate shear strength was obtained for the sandblasted specimens at maximum pressure of 6 bar with 0.6 micrometers of surface roughness.
    Keywords: Surface roughness, Shot blast, Sandblast, Surface preparation, Adhesive joints
  • A. Noghrehabadi*, A. Haghparast, M. Ghalambaz Pages 1023-1038
    Many researches have been carried out for modeling of micro/nano electromechanical systems instabilities, in which both movable and substrate electrodes are at the same size; however, there is no research considering the static and dynamic pull-in instabilities of micro/nano actuators with a smaller substrate electrode in the presence of small size effects. In the present study, the static and dynamic behaviors of partially affected clamped micro/nano actuators are investigated and the effects of position and length of the substrate electrode are analyzed. The non-linear Euler-Bernoulli governing equation of the beam motion and the corresponding boundary conditions are derived using the Modified couple stress theory. Finite element method is utilized to solve the governing equations. In order to investigate the accuracy of the utilized finite element method, the obtained results are compared with those available in the literature and a good agreement between them was found. The results demonstrate that a decrease of the substrate electrode length leads to an increase of the required pull-in voltage and the pull-in capillary force. Moreover, a small reduction in the pull-in deflection of the nano-beam is observed because of the decrease of the substrate electrode. Finally, a new parameter, named as balanced size effect-capillary force which changes the trend of the behavior of the nano-beam, is introduced.
    Keywords: Nano-beam, Clamped-clamped beam, Partially affected, Modified Couple Stress Theory
  • A. Azizi*, A. Setoodeh Pages 1039-1050
    In this paper, bending and free vibration analyses of functionally graded nano-plates are investigated using a new trigonometric higher-order plate theory. The governing equations are developed by employing Hamilton’s principle and then a Navier-type analytical solution for bending and free vibration of simply supported rectangular FG nano-plates is obtained. Furthermore, the nonlocal theory of elasticity is used to take into account the small scale effects. The mechanical properties of the functionally graded nano-plates are assumed to vary by a power law function through the thickness. In order to confirm the accuracy of the present theory, the obtained results from the present solution are compared with the existed results, and a very good agreement is achieved. Moreover, the effects of length-to-thickness ratio, aspect ratio and nonlocal parameter on the bending and free vibration solutions are investigated. The results demonstrate that the inclusion of nonlocal parameter in governing equations or increasing the power index, leads to reduction of the natural frequency and increasing of the deflection and in another word the nano-plate stiffness is reduced. Also, the impact of the nonlocal parameter and size effects is reduced by increasing the length of the nano-plate or aspect ratio. Furthermore, the present theory not only provides exact solution for the bending and free vibration of thick and moderately thick functionally graded nano-plates with minimum computational cost, but also exhibits the parabolic distribution of the shear stress through the thickness.
    Keywords: Functionally graded nano-plate, Trigonometric higher-order theory, Nonlocal theory, bending, free vibration
  • S. Farjad Bastani*, A. Khodayari Pages 1051-1060
    Nowadays making car intelligent consists wide range of their subsystems control. Intelligent Parallel parking without human interposition can be mentioned as an automobile industrial achievement in recent years. It had been tried in this paper with a new algorithm based on specification of continuous curvature clothoid to design a suitable path for parallel parking. Car movement in this smooth path is safe, continuous and with constant velocity. By this algorithm, the system can park the car with single maneuver in a space with 1.6 times of car length. One of the advantages of our new algorithm is control method of car movement to the parking slot. In this method we change the question of controlling car movement in desired path, to question of control the velocity of the car to desired value. So we could reach more precision in car movement from start to goal position. As steering and linear car velocities are constant, car will move in stable speed and smooth path while driving to the parking slot, so our algorithm has more driving comfort in comparison with other path planning algorithms. The results of implementation in real situations shows high accuracy and popper performance compared with other algorithms.
    Keywords: Automobile parking, parallel parking, Clothoid curvature, path planning, path smoothing
  • S. Ziaee* Pages 1061-1077
    This article aims to investigate the free vibration of mono-/ multi-layered hererostructures of graphene and boron nitride in thermal environment. To this end, at first, the nonlinear model of inter-layered interaction between different layers are estimated based on Lenard-Jones 6-12 potential, then two variable refined plate theory is used to model the vibrational behavior of in-plane heterostructures of graphnme/boron nitride or vertically stacked graphene/ boron nitride hybrid structures. To incorporate the size effect into two-variable refined plate hypothesis, Aifantis’s theory is used to derive potential energy. To formulate the kinetic energy, an additional length scale which adds gradient velocity to kinetic energy is also used. The eigen-frequency equations are obtained based on Hamilton principle and Ritz method. The results show that the layout of graphene and boron nitride layers only affect out-of-phase natural frequency of multilayered nano-plates. Also, the significant impact of number of boron nitride layers used in heterostructures on the reduction of natural frequency of hybrid structure is demostrated. By controlling the area occupied by boron nitride in mono-layered hybrid structures, one can enhance the natural frequency of nano-sheets. The effects of the value of length scale parameter and temperature change on natural frequencies are studied as well.
    Keywords: Heterostructures, Refined plate theory, Aifantis’s Theory, Gradient velocity, Natural frequency
  • R. Moharrami*, H. Alizadeh Pages 1079-1084
    In general, all manufacturing processes introduce residual stresses in the manufactured component. Residual stresses affect the design and fabrication of engineering structures, and their field service. So, for structural integrity studies, improvement and development of experimental procedures to determine the residual stresses were be considered by many researcher. In this study, design and prototyping of an appropriate system for non-detective residual stresses evaluation by considering of magnetic-Barkhausen noise were be present. The magnetic-Barkhausen noise analysis used in ferromagnetic materials is based on analysis of rapid irreversible magnetization changes called Barkhausen jumps. Developed system were used to obtained noise voltage level on some loaded carbon steel specimen. The magnetic-Barkhausen noise were dependent to stresses magnitude and direction on the specimen. By this, an appropriate relation for calculation of the stresses from measured voltage were be obtained. Relation coefficient were be corrected by presented calibration procedure. According to obtained results, the magnetic-Barkhausen noise techniques is capable to evaluation of some chemical, physical and mechanical character like residual stress on the industrial component.
    Keywords: Measurement, stress, Carbon steel, Magnetic, Barkhausen noise
  • B. Soleimani Roody, *A. Fotouhi, M. Jalili Pages 1085-1096
    Rods are one of significant engineering’s structures and vibration analysis of a rod because of extended application of it in engineering is very important. Therefore, understanding of longitudinal nonlinear vibration of rod with different boundary conditions and large amplitude is very useful. In this paper, vibration of a rod with different boundary conditions undergoing finite strain, without simplification in strain-displacement relations, is investigated. For obtaining governing equation, Green-Lagrange strain, structural damping and Hamilton principle are used and then Galerkin method is employed to convert nonlinear partial differential equation to nonlinear ordinary differential equation. In spite of many papers that only use of cubic term for nonlinearity, the governing equation has quadratic and cubic terms. The equations with and without damping, are solved with multiple time scales method. In order to verify the accuracy of this method, the results are compared with results of Runge-Kutta numerical method, which have good accuracy. Finally sensitivity analysis for understanding of influence of nonlinear coefficients on rod vibration answer is done.
    Keywords: nonlinear vibration, Finite strain, Green-Lagrange strain, Multiple scales method, Sensitivity analysis
  • A. Hadi, S. Shakhesi*, H. Ovesy, J. Fazilati Pages 1097-1111
    Free vibration characteristics of functionally graded materials cylindrical shells surrounded by elastic medium under axial force, lateral pressure and different boundary conditions using wave propagation method are investigated in this paper. The material properties of functionally graded materials are assumed to be graded in the thickness direction according to the power law. The elastic medium is assumed as two-parameter Pasternak elastic foundation. Governing equations based on the first order shear deformation theory of Sanders-Koiter for the cylindrical shell resting on elastic foundation under mechanical loads are derived by using Hamilton’s principle. By assuming displacement field in wave propagation form, governing equations are solved. Natural frequencies of cylindrical shell under various boundary conditions are obtained and compared with the results in the literature. It is seen that using displacement field in wave propagation form, acts as an effective and reliable method and gives the acceptable results for various boundary conditions. Although it is shown that for different boundary conditions and geometry dimensions, accuracy of the wave propagation approach is different. In addition, based on the developed theory the effects of different boundary conditions, axial force, lateral pressure and elastic foundation parameters on vibration behavior of functionally graded cylindrical shell are investigated.
    Keywords: free vibration, Functionally graded materials, Cylin‌drical shells, axial force, lateral pressure, Elastic foundation
  • M. Ghafarzade, A. Kamali E.*, R. Abedini, R. Rajabi, M. Tavakoli K. Pages 1113-1122
    Electronic tiltmeter is used as a tool of setting the accurate angles in advanced equipment. The accuracy and precision of tiltmeter should be evaluated by means of precise calibration equipment. This study aimed to calibrate and evaluate the accuracy of a precise dual axis electronic tiltmeter. To this end, a calibration setup with accurate positioning capability was designed and constructed. Then the calibration setup was employed to investigate linear and nonlinear behavior of electronic tiltmeter and extract the corresponding equations. In order to assess the reliability of the tiltmeter sensor, nonlinearity error and repeatability of the tiltmeter at different angles were obtained. Afterwards in an analytic way, arithmetic and geometric means were compared and the factors which affect the calibrator output error were identified to obtain that how much the accuracy and measurement error of each of those factors affect the uncertainty of angle measurement in the calibration process. The results indicate that both introduced methods of averaging can be used to derive relationship of uncertainty propagation accurately. Uncertainty analysis of the constructed base and calibration process demonstrate that the employed equipment correspond with the evaluation of a precise electronic tiltmeter.
    Keywords: Electrolytic tiltmeter, Calibration, Uncertainty of measurement, Electrolyte sensor
  • B. Khodabandeh, H. Shahbazi*, A. Monadjemi Pages 1123-1135
    In this paper, a system based on neural structures known as central pattern generator is presented which enables to acquire the required patterns to move a robot based on a demonstration training. Unit pattern generator can be divided to two subsystems, one is a rhythmic system and the other is a discrete system. The first subsystem is responsible to produce short movements and the second subsystem is responsible to produce rhythmic movements. The special learning algorithm is designed to use these unit pattern generators. Joints and limbs of robot were controlled by Kinect sensor in real time by recognition of the human body skeleton. The work steps were done in this way that the motion sequences of teacher’ body were recorded by Kinect sensor, then transmitted to the computer. These motion sequences teach some nonlinear oscillators then they reproduce motions for humanoid robot. As a result, humanoid body joints imitate the teacher movement in a real time. The main contribution of this paper is design of this learning algorithm which is able to simultaneously search for the weights and topology of the network the algorithm synchronize the neural network by coupling the neurons at the last stage.
    Keywords: Humanoid Robot, Imitation Learning, Nonlinear Oscillator, Central pattern Generator, Kinect Microsoft
  • P. Shokrani, L. Ghorbani, H. Sadeghian* Pages 1137-1143
    Lower extremity amputation constitute high percentage of limb amputation which significantly reduce the motion ability of the amputees. Therefore the most important goal in the design of prosthesis is to restore function of the limb. Most of the commercially ankle-foot prostheses are passive and thus cause many gait pathologies for below knee amputees. Several powered prosthetic devices have been designed to improve amputee’s walking experience by exploiting active elements. However, most of them include heavy and bulky actuators which is used to produce the power of propulsion. The main purpose of the present design is to store energy during stance period and release it at push off using a combination of springs as well as a low power actuator. Therefore, this prosthesis can provide high mechanical power and torque observed in natural human walking, by employing a small and light actuator. Moreover, in the designed mechanism, the ankle stiffness is mimicked properly in each phase of walking based on the characteristics of a sound ankle. The performance of the proposed prosthesis, was verified by MATLAB/SimMechanics simulation. The results indicate that the ankle-foot prosthesis is capable of following the torque-angle and the power-percent gait cycle characteristics of a normal ankle, sufficiently.
    Keywords: Active transtibial prosthesis, Ankle joint, Walking gait cycle, Series elastic actuator
  • A. Ghaffari, A. Khadayari*, S. Abediny Pages 1145-1154
    Today one of the serious challenges which the world faces is the cars accident. Accident poses irreparable damages to humans all across the globe. Many factors like technical bugs, disregarding of driving rules and loss of concentration contribute most car accidents. An experimental perspective over losing concentration proves its vital role in accidents. In this context, it is very important to monitor the driver’s lack of concentration. This article tries to recommend an intelligent algorithm in order to determine driver consciousness based on visual processing, eye state is one of the most important features to detecting driver’s lack of concentration. The algorithm contains two phases: 1- Face components detection, 2- Driver consciousness detection, The algorithm provides with a full-scale database so as to recover the algorithm instantly. Research findings confirm that our recommended intelligent Algorithm is 96% Successful to predict the driver consciousness. Moreover, we invent a concentration lost cautionary that was tested on a prototype that satisfied our expectations. Finally, we conclude that our recommended Algorithm can act as a deterrent against most terrible accidents successfully. We hope this algorithm reduces accident rate and create an advancement in Smart Cars knowledge.
    Keywords: Driver’s drowsiness detection, face tracking, eye-detection, intelligent car, eye tracking