فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و یکم شماره 1 (فروردین و اردیبهشت 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/02/01
  • تعداد عناوین: 18
|
  • فرزام دادگر راد*، سید رضا اشرف، آرش ایمانی صفحات 3-18
    در این مقاله، فرمولبندی المان محدود میکرو ورق میندلین-رایسنر بر اساس نظریه الاستیسیته گرادیان کرنش ارائه می گردد. با توجه به وجود مشتقات مرتبه بالا، جهت ارائه یک فرمولبندی المان محدود استاندارد، باید از توابع درونیابی با پیوستگی  C1 استفاده نمود. براین اساس، شکل کلی ماتریس سفتی و بردار نیروی المان میکرو ورق براساس اصل کار مجازی استخراج شده و سپس فرمولبندی بر روی یک المان چهار ضلعی چهار گرهی با 36درجه آزادی اعمال می گردد. تغییر شکل ورق های مستطیلی میندلین-رایسنر گرادیانی تحت فشار یکنواخت با سه دسته شرایط مرزی مختلف مورد مطالعه قرار می گیرد. بتدا میکرو ورق با لبه های ساده بررسی شده و حل المان محدود گرادیانی بدست آمده با حل دقیق میکرو ورق براساس این نظریه مقایسه می گردد، که تطابق بسیار نزدیکی بین پاسخ های این دو روش مشاهده می شود. سپس میکرو ورق با چهار لبه گیردار و نیز سه لبه ساده و یک لبه آزاد بررسی می گردند. در هر دو مورد، پاسخی همگرا با ریز نمودن اندازه المانها بدست می آید. در صورت نازک بودن ورق و نیز بزرگ بودن نسبت ضخامت به پارامتر مقیاس طول ماده، نتایج بدست آمده در تحلیل المان محدود بر مبنای نظریه گرادیان کرنش با حل ورق کرشهف بر مبنای الاستیسیتهی کلاسیک منطبق می گردند.
    کلیدواژگان: نظریه الاستیسیته گرادیان کرنش، روش المان محدود، میکرو ورق میندلین-رایسنر
  • علی صالحی، محمد زهساز*، فرید وکیلی تهامی صفحات 19-32
    طراحی خطوط لوله در صنایع مختلف ازجمله: صنایع پتروشیمی، نیروگاه های اتمی و سایر صنایعی که خطوط لوله، تحت فشار نسبتا زیادی قرار دارد از اهمیت ویژه ای برخوردار است؛ به ویژه هنگامی که این خطوط لوله، تحت بارهای خارجی به صورت سیکلی، همچون هنگام وقوع پدیده زلزله، قرار گیرند. در این حالت بررسی تغییر شکل های پیش رونده از اهمیت ویژه ای برخوردار است؛ خصوصا خطوط لوله ای که تحت تاثیر محیط اطراف یا سیالی که حامل آن است دچار واکنش های شیمیایی و درنهایت دچار خوردگی شوند. در این مقاله کرنش های پیش رونده در نواحی خوردگی نمونه زانویی شکل به صورت عددی توسط کد کامپیوتری آباکوس موردبررسی قرار گرفته شده است. خوردگی ها با اشکال هندسی کروی و مکعبی شکل و با دو عمق یک و دو میلیمتری، در محل های حساس از لوله زانویی شکل، مانند محل های تقارن در نواحی قوس داخلی، میانی و خارجی اعمال شده است. درنهایت نتایج حاکی از تاثیر مخرب خوردگی و افزایش این تاثیر مخرب با افزایش عمق خوردگی و وابسته بودن آن به شکل هندسی خوردگی های اعمال شده است، به طوری که در محل های خوردگی با شکل هندسی مکعبی شکل نسبت به نوع کروی شکل کرنش های پیشرونده رشد بیشتری داشتند. همچنین رشد کرنش های پیش رونده در جهت محیطی بسیار بیشتر از جهت محوری، در تمام نواحی نمونه مربوطه به دست آمد.
    کلیدواژگان: لوله زانویی شکل، کرنش های پیش رونده، ممان های خمشی دوره ای، فولاد ضدزنگ 304LN، ضرایب سخت شوندگی
  • سید جعفر روزگار*، محمدرضا کشاورز، سید حسن عصایی صفحات 33-42
    در این تحقیق به مطالعه تجربی جذب انرژی و تغییر شکل پروفیل های جدارنازک با سطح مقطع مربعی تحت بارگذاری دندانه ای چندگانه پرداخته شده است. هدف اصلی از انجام این تحقیق بررسی اثر تعداد دندانه ها و همچنین قطر و فاصله ی بین دندانه ها بر پارامترهای جذب انرژی است. در ابتدا پروفیل های مربعی آلومینیوم با طول مشخص تهیه شد و همچنین یک مجموعه دندانه قابل تنظیم نیز جهت اعمال بارگذاری دندانه ای چندگانه ساخته شد. سپس بارگذاری شبه استاتیکی با نرخ بارگذاری ثابت بر روی نمونه ها انجام گرفت. در نحوه ی بارگذاری، نمونه ها بین یک فک نسبتا صلب و یک مجموعه ی دندانه قابل تنظیم قرار گرفت. نمودارهای نیرو-جابه جایی نمونه ها به دست آمد و پارامترهای جذب انرژی محاسبه شد. مقایسه ی نتایج تجربی در حالت یک دندانه و دودندانه نشان دهنده افزایش قابل توجه جذب انرژی حالت دودندانه نسبت به یک دندانه بود. برای بارگذاری با دو دندانه، با افزایش فاصله دندانه ها از هم، نمودارهای نیرو-جابه جایی به مراتب بالاتر از حالت یک دندانه قرار گرفت و به حالت دو دندانه مجزا نزدیک شد. همچنین با افزایش قطر و فاصله‎ی بین دندانه ها به دلیل ایجاد لولای پلاستیک بزرگتر، میزان جذب انرژی حدود 20تا 60درصد افزایش یافت.
    کلیدواژگان: مطالعه ی تجربی، جذب انرژی، پروفیل جدار نازک، بارگذاری دندانه ای، دندانه گذاری چندگانه
  • میثم شکوری*، سید روح الله کاظمی صفحات 43-52
    با وجود توسعه مدل های پیش بینی شروع و رشد ترک، این موضوع هنوز یکی از چالش های عمده در مکانیک محیط های پیوسته است. مشکل اصلی در فرمول بندی ریاضی این موضوع به این علت به وجود می آید که فرض می شود جسم پس از تغییر شکل هنوز محیط پیوسته باقی می ماند. بنابراین، ساختار ریاضیاتی مساله با به وجود آمدن یک ناپیوستگی)مانند ترک و شکست(دچار مشکل می شود. این اتفاق بدین دلیل رخ می دهد که تئوری کلاسیک از معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی برای تشریح فضای مادی استفاده می کند و این مشتقات جزئی در محل ناپیوستگی تعریف نشده است. برای غلبه بر این محدودیت، روش پری داینامیک برای مدل سازی مسائل شامل ناپیوستگی معرفی شده که در آن ناپیوستگی هایی مانند ترک و شکست در سازه به عنوان نوعی دیگر از تغییر شکل در نظر گرفته می شود. در این مقاله مساله رشد ترک در ورقی با دو ترک پادمتقارن تحت کشش بررسی شده و پس از صحه گذاری نتایج با مطالعات موجود، اثر سرعت اعمال بار کششی بر نحوه رشد ترک مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که روش پری داینامیک توانایی بالایی در شبیه سازی رفتار سازه با هر سرعت بارگذاری را دارد و سرعت اعمال بار تاثیر مستقیمی بر نحوه رشد ترک و ایجاد پدیده چند شاخه شدن ترک دارد.
    کلیدواژگان: تئوری پری دینامیک، ترک پادمتقارن، چند شاخه شدن، سرعت بارگذاری
  • پویا پیرعلی*، مهرداد قدمی صفحات 53-64
    پرتابه های کالیبر متوسط ضدزره، انرژی جنبشی زیادی دارند و عملا امکان جلوگیری از نفوذ این پرتابه ها در اهداف مختلف به طور مستقیم وجود ندارد؛ بنابراین لازم است با مطالعه اهداف، راهی برای مقابله با این پرتابه ها ارائه گردد. یکی از کاربردهای پرتابه های کالیبر متوسط، علیه اهداف هوایی می باشد که عموما از ور ق های الیاف-فلز گلیر ساخته می شوند. در این مطالعه پدیده نفوذ مایل پرتابه کالیبر متوسط ضدزره در اهداف با هندسه مسطح، منحنی با شعاع انحنای 20 سانتی متر و انحنای 3/ 6 سانتی متر از جنس گلیر 5 با استفاده از نرم افزار آباکوس شبیه سازی شده و آسیب دیدگی ایجاد شده بررسی شده است. شبیه سازی رفتار شکست کامپوزیت، براساس مدل کامپوزیت تک جهته سه بعدی بوده و برای این منظور، سابروتین وی یومت، نوشته شده و در نرم افزار آباکوس به کار رفته است. همچنین بدلیل پرانرژی بودن گلوله و آسیب های شدید آن، برخلاف مطالعات سابق، گلوله غیرصلب درنظرگرفته شده است. به منظور اعتبارسنجی نتایج، از یک رابطه تجربی استفاده شده و پس از صحت سنجی روش حل، برخورد گلوله به اهداف با هندسه های مختلف شبیه سازی شده و اثر انحنای هدف روی پدیده نفوذ در کامپوزیت گلیر بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که همواره افزایش انحنای هدف، نتیجه یکنواختی در کاهش یا افزایش آسیب دیدگی آن ندارد.
    کلیدواژگان: هندسه منحنی، نفوذ مایل، گلیر، پرتابه کالیبر متوسط، گلوله ضدزره
  • علی نظری*، کرامت ملک زاده فرد صفحات 65-78
    با تعیین زاویه مناسب جهت قرارگیری فیبرهای تقویت کننده لایه های کامپوزیتی پوسته های چند لایه فلز و کامپوزیت می توان سفتی این پوسته ها را به گونه ای تغییر داد تا کارایی سازه بهبود یابد. به این منظور در این پژوهش پوسته فلز-کامپوزیت تحت بار استاتیکی عرضی قرار گرفته و با استفاده از روش اجزاء محدود تحلیل تنش برای تمامی حالت های زوایای قرارگیری فیبرها انجام گرفته و با استخراج تنش های ایجاد شده در تمامی لایه ها و با به کارگیری معیار شکست تنش ماکزیمم، زاویه قرارگیری مناسب برای فیبرهای تقویت کننده به گونه ای تعیین گردیده که منجر به بیشترین استحکام ممکن برای پوسته گردد. جهت انجام تحلیل های فوق از نرم افزارهای عددی و تحلیلی و لینک این نرم افزارها به یکدیگر استفاده شده است. همچنین به منظور تعیین کارایی روش طراحی مذکور، تحلیل کمانش ساختارهای طراحی شده انجام گرفته است. نتایج نشان می دهد با تعیین زاویه مناسب قرارگیری فیبرهای تقویت کننده، مرزهای پایداری پوسته دچار بهبود قابل ملاحظه ای می گردند. از دیگر نوآوری های این تحقیق می توان به مقایسه و تعیین میزان اثربخشی تغییر ضخامت، تغییر جنس لایه های فلزی و تغییر زاویه قرارگیری فیبرهای تقویت کننده، بر روی مرزهای پایداری پوسته های فلز-کامپوزیت اشاره نمود. جهت افزایش دقت نتایج تحلیلی، معادلات بر مبنای تئوری مرتبه بالا استخراج گردیده اند.
    کلیدواژگان: کمانش، چند لایه فلز و کامپوزیت، معیار شکست، تئوری مرتبه بالا، تنش ماکزیمم
  • مهدی محمدی مهر*، مجتبی محرابی، احسان شعبانی نژاد صفحات 79-96
    در مطالعه حاضر، تحلیل کمانش و ارتعاشات آزاد میکرو ورق کامپوزیتی کوپله ی تقویت شده با نانو لوله ها تحت تاثیر تنش اولیه و واقع بر بستر اورتوتروپیک بر اساس تئوری تغییرشکل برشی سینوسی و در حضور میدان های فیزیکی مختلف بررسی شده است. روابط مربوط به تنش که شامل ترم های مکانیکی، الکتریکی، مغناطیسی و حرارتی هستند، توسط تئوری گرادیان کرنشی تعمیم یافته محاسبه شده و معادلات حاکم بر حرکت با استفاده از اصل همیلتون به دست آمده اند. با حل معادلات حاکم بر حرکت، تاثیر عوامل مختلف از قبیل ضریب مقیاس کوچک طول ماده، نسبت طول به ضخامت و عرض، ثابت های بستر اورتوتروپیک، تغییرات دما و کسر حجمی نانو لوله ها بررسی شده اند. نتایج حاصل از تحقیق نشان می دهد که افزایش ضریب مقیاس کوچک طول ماده، ثابت های بستر الاستیک، حضور نانولوله ها و میدان های فیزیکی مختلف علاوه بر آن که فرکانس های طبیعی و بار کمانش بحرانی سیستم را افزایش می دهند، منجر به تاخیر پدیده رزونانس نیز می شوند. این در حالی است که افزایش دما به سبب تاثیری که در کاهش سفتی میکرو سازه دارد، منجر به کاهش فرکانس های طبیعی و بار کمانش بحرانی می شود.  می توان بیان نمود که نتایج کار حاضر می تواند برای سیستم های مکانیکی-الکتریکی استفاده شده و زمینه کاملی برای مطالعات آتی ارائه دهد.
    کلیدواژگان: کمانش و ارتعاشات، تئوری تغییر شکل برشی سینوسی، تئوری گرادیان کرنشی تعمیم یافته، وابسته به دما، بستر اورتوتروپیک
  • محمد مهدی نادری، علیرضا آریایی* صفحات 97-108
    در این مقاله یک روش تحلیلی جهت استفاده از اتصالات پیزوالکتریک برای اصلاح رفتار ارتعاشی آزاد در یک تیر دورانی ترک دار ارائه می شود. معادلات تیر بر مبنای تئوری تیموشنکو و با در نظر گرفتن اثر تغییر شکل برشی و اینرسی دورانی به دست می آیند. معیار مورد استفاده جهت اصلاح ترک افزایش فرکانس اول تیر دارای ترک و منطبق کردن آن بر فرکانس تیر سالم است. بدین منظور یک ولتاژ خارجی به وصله پیزوالکتریک متصل به تیر اعمال می شود که از میزان نقش ترک بر تغییر ویژگی های ارتعاشی تیر می کاهد. ابتدا معادلات دیفرانسیلی کوپل تیر تیموشنکو با روش مودهای فرضی از هم جدا می شوند. سپس تیر تر کدار به صورت بخش هایی بدون ترک مدل می شود که در محل ترک با دو فنر خطی، یکی کششی و دیگری پیچشی، به هم متصل شده اند. در نهایت با استفاده از روش نیمه تحلیلی تبدیل دیفرانسیل، فرکانس های طبیعی و شکل مودهای سیستم به دست می آیند. با انجام یک شبیه سازی عددی، تاثیر پارامترهای مختلف بر ضریب اصلاح ترک مطالعه می گردد. اعتبار روش ارائه شده با مقایسه نتایج آن با مقادیر موجود در سایر مقالات مورد بررسی قرار می گیرد که تطابق قابل قبولی بین نتایج مشاهده می شود.
    کلیدواژگان: اصلاح فعال، عملگر پیزوالکتریک، تیر تیموشنکوی ترک دار، تیر دوار، روش تبدیل دیفرانسیل
  • علی بخششی، حسین مهبادی*، کوروش خورشیدی صفحات 109-118
    در این مقاله ارتعاشات آزاد ورق قطاعی تابعی مدرج دو بعدی کوپل با پیزوالکتریک بر مبنای تئوری مرتبه سوم تغییر شکل برشی مستقر بر بستر الاستیک دو پارامتری مورد بررسی قرار گرفته است. تئوری مرتبه سوم تغییر شکل برشی ورق با وجود داشتن معادلات پیچیده تر بدلیل در نظر گرفتن تاثیرات تغییر شکل برشی عرضی و اینرسی دورانی منجر به حصول نتایج دقیق تری می شود. تغییر خواص ورق مدور تابعی دو بعدی به صورت پیوسته در دو راستای ضخامت و محیط در نظر گرفته شده است و برای مدل سازی رفتار ورق تابعی دو بعدی از مدل قانون توانی کسر حجمی استفاده شده است. به منظور تعیین پتانسیل الکتریکی لایه های پیزوالکتریک از توابع سینوسی استفاده شده است به نحوی که معادله الکترواستاتیکی ماکسول بوسیله این توابع ارضا می شود. پس از تشکیل فانکشنال لاگرانژین بوسیله تفاضل انرژ ی های جنبشی و پتانسیل ورق، از اصل همیلتون و روش ریتز به منظور تعیین مقادیر فرکانس طبیعی ورق استفاده شده است. در ادامه پس از اعتبارسنجی نتایج با مراجع مختلف برای حال تهای گوناگون، تاثیر پارامترهای ورق از جمله زاویه قطاع ورق، نسبت ضخامت به شعاع ورق، ضریب توانی نسبت حجمی و ضرایب بستر بر روی فرکانس طبیعی سازه مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: ورق هایهای قطاعی، فرکانس طبیعی، روش ریلی ریتز، پیزوالکتریک
  • سید محمد جواد موسوی، پیمان شریفی، حسین محمدی* صفحات 119-132
    بررسی رفتارهای استاتیکی و دینامیکی میکروتیرهای استفاده شده در تشدیدگرها و فیلترهای میکرو از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله به بررسی رفتار میکرو تشدیدگر مدرج تابعی تحت اثر نیروی الکترواستاتیک، نیروی بین مولکولی و تغییر یکنواخت دما، بر اساس تئوری تیر اولر-برنولی و کرنش غیر خطی گرین تحت فرضیات غیر خطی هندسی ون-کارمن پرداخته می شود. خواص مکانیکی مواد به کار رفته تابعی از دما هستند و خاصیت مدرج تابعی در راستای ضخامت با استفاده از توزیع نمایی در نظر گرفته می شود. معادلات حاکم بر رفتار ارتعاشی میکرو تیر با استفاده از اصل همیلتون و تئوری تنش کوپل اصلاح شده استخراج شده است. با اعمال روش گسسته سازی معادله غیر خطی دینامیک میکروتیر در حوزه زمان به دست می آید. برای مطالعه ناپایداری فروکشیدگی، معادله استاتیکی با استفاده از روش گلرکین مستقیم حل شده و اثر نیروی بین مولکولی، طول مشخصه و توان فازی ماده سرامیکی بررسی می شود. به منظور محاسبه ی تغییر شکل استاتیکی و مد ارتعاشی میکروتیر از روش تربیع دیفرانسیلی استفاده می گردد. معادله دینامیکی با روش اختلال جزئی با مقیاس چندگانه حل شده و در حالت تشدید، تاثیر تغییر پارامترهای مختلف در پاسخ فرکانسی و ایجاد رفتارهای نرم شونده و سخت شونده مورد بررسی قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: تشدیدگر میکرو، تئوری تنش کوپل اصلاح شده، مواد مدرج تابعی، فرو کشیدگی، ارتعاشات غیرخطی
  • نجمه علی اکبری، حمید معین فرد* صفحات 133-146
    هدف اصلی مقاله، ارائه کنترلر فازی بهینه به منظور کنترل ارتعاشات یک ساختمان پنج طبقه به کمک میراگرهای مگنتوریولوژیکال در اثر تحریک ناشی از زلزله است. بدین منظور معادلات حرکت ساختمان با استفاده از مدل با پارامتر گسترده استخراج شده است. در ادامه، بعد از به دست آوردن شکل مودهای ساختمان با روش المان محدود، برای هر طبقه از ساختمان یک میراگر مگنتوریولوژیکال در نظر گرفته می شود. به منظور دستیابی به قوانین کنترلر فازی، یک سیستم ساده یک درجه آزادی مورد بررسی قرار گرفته است و قوانین به دست آمده از شبیه سازی حلقه باز، به منظور استفاده در کنترل ارتعاشات ساختمان تعمیم می یابد. همچنین از مدل پیشنهاد شده ی اسپنسر برای تحلیل رفتار میراگر مگنتوریولوژیکال بهره گرفته شده است. بر اساس درک به دست آمده از عملکرد میراگر و همچنین با استفاده از قوانین فازی به دست آمده از شبیه سازی سیستم یک درجه آزادی، کنترلر فازی درجهت کاهش دامنه ارتعاشات ساختمان در برابر زلزله طراحی گردیده است. در انتها نیز از الگوریتم ژنتیک به منظور بهبود شاخص های عملکرد کنترلر استفاده شده است. مقایسه نتایج به دست آمده از کنترل نیمه فعال با کنترل های غیرفعال-بدون ولتاژ و غیرفعال-با ولتاژ، نشان می دهد که کنترلر فازی بهینه به خوبی دامنه ارتعاشات طبقات ساختمان را کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: کنترل ارتعاشات نیمه فعال، ساختمان چند طبقه، میراگرهای مگنتوریولوژیکال، سیستم پارامتر گسترده، کنترلر فازی
  • هادی آروین* صفحات 147-156
    در این مقاله تشدید پارامتری اصلی در پره های چرخان سرعت متغیر بررسی می گردد. در مدل مورد بررسی وابستگی حرکت های عرضی خارج از صفحه-محوری ناشی از نیروی کریولیس در نظر گرفته شده است. معادلات حرکت حاکم، معادلات موجود در مقالات بر اساس فرمولاسیون دقیق هندسی برای پره های بدون اثر تغییرشکل برشی می باشد. سرعت چرخش پره دارای مقدار میانگین ثابت در نظر گرفته شده، که این سرعت ثابت با تغییرات هارمونیک کوچکی مختل شده است. فرکانس تغییرات این اغتشاش وارد شده، دو برابر یکی از فرکانس های طبیعی عرضی خارج از صفحه و یا محوری پره در نظر گرفته شده است و بدین ترتیب باعث تشدید پارامتری اصلی خواهد گردید. روش مستقیم مقیاس های چندگانه جهت مطالعه ی ناپایداری دینامیکی ایجاد شده توسط تشدید پارامتری اصلی به کار گرفته شده است. با استفاده از روش مقیاس های چندگانه، رابطه ای بسته جهت مشخص نمودن مرز منطقه ی پایداری تحت شرایط تشدید پارامتری اصلی، به دست آمده است. نتایج حاضر با نتایج موجود در مقالات مقایسه و اعتبارسنجی شده است. پس از اعتبار سنجی نتایج، مطالعه ی موردی جهت شفاف سازی اثر سرعت چرخش و شماره ی مود بر منطقه ی پایداری پارامتری، انجام پذیرفته است.
    کلیدواژگان: تشدید پارامتری اصلی، روش مقیاسهای چندگانه، پره های چرخان، فرمولاسیون دقیق هندسی، نیروی کریولیس
  • علی ابراهیمی ممقانی*، روح الله حسینی صفحات 157-168
    نوسان کننده های دوطرفه نوسان گرهایی هستند که خاصیت ارتجاعی آن ها در فشار و تنش، فنریت های متفاوتی دارند. در این مقاله یک مورد خاص از نوسان کننده دوطرفه، یعنی نوسان کننده برخوردی که سختی فشردگی آن نامحدود است، بررسی می شود و مجموعه ویژه زمان های برخورد که مجموعه راه حل معادله همگن)نوسان کننده بدون نیروی تحریک( هستند، تحلیل می شوند. این مجموعه و زیرمجموعه های آن با توجه به تنوع شرایط اولیه پایدار هستند. معادلات دینامیکی این نوسانگر با در نظر گرفتن مبدا به عنوان نقطه گذر ناگهانی، به صورت نیمه تحلیلی و همچنین با روش عددی رانگ کوتای مرتبه چهارم تحلیل غیرخطی شده اند. به علاوه، در میان همه مجموعه های متناوب زمان های برخورد متناسب با دوره نیروی تحریک، مجموعه ویژه تنها موردی است که می تواند تشدیدها مخصوصا تشدیدهای چندهارمونیکی را پشتیبانی کند. بقیه تشدیدها نیز باید مجموعه های غیرمتناوب زمان های برخورد را تولید کنند. این پدیده نشان می دهد فرض معمول که زمان های بین برخوردها با دوره نیروی تحریک متناسب هستند، همیشه برقرار نیست. همچنین نشان داده خواهد شد که برای اولین تشدید نی مهارمونیک مجموعه زمان های برخورد نزدیک به مجموعه ویژه است و پوش نوسان ها در این تشدید، برخلاف افزایش خطی تشدیدهای چندهارمونیک به صورت مجذور ریشه زمان است.
    کلیدواژگان: نوسان گر دوطرفه، نوسان کننده برخوردی، زمان برخورد، مجموعه ویژه، تشدید چندهارمونیکی، پوش نوسان
  • حمیدرضا حیدری* صفحات 169-179
    طراحی بهینه مسیر حرکت ربات های پرنده با توانایی بالقوه در نقش هبرداری و عملیات تجسس منجر به بهبود در عملکرد آنها می شود. از این رو هدف از این مقاله، طراحی مسیر بهینه یک ربات کوادروتور بر مبنای حداقل سازی گشتاور موتورها در حرکت نقطه به نقطه می باشد. ابتدا معادلات دینامیکی حرکت کوادروتور با استفاده از روش نیوتن به فرم فضای حالت استخراج می شوند. سپس بهینه سازی مسیر حرکت براساس حل غیرمستقیم مساله کنترل بهینه ارائه می شود. بدین منظور با استفاده از اصل مینیمم پونتریاگن و استخراج تابع همیلتون؛ شرایط لازم بهینگی با توجه به محدودیت گشتاور اعمالی موتورها به دست می آید. معادلات به دست آمده یک مساله مقدار مرزی را تشکیل می دهند که با حل این معادلات می توان به جواب بهینه دست یافت.  در نهایت به منظور بررسی کارایی روش پیشنهادی، شبیه سازی عددی برای یک کوادروتور انجام می شود و مسیر بهینه بر اساس تابع هدف کمینه گشتاور برای آن طراحی می گردد. نتایج شبیه سازی قدرت روش و توانایی آن برای حل مسائل پیچیده نظیر طراحی مسیر حرکت کوادروتورها را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: طراحی مسیر، کوادروتور، کنترل بهینه، کمینه گشتاور
  • محمد کریمی خوزانی، مهرداد پورسینا*، علی پورکمالی انارکی صفحات 180-186
    سیستم های سیاره ای سرعت بالا، یا به عبارت کلی تر، سیستم های ژیروسکوپی، پایستار انرژی نمی باشند، بنابراین در معرض ناپایداری قرار دارند. در این تحقیق پس از استخراج معادلات دینامیکی حاکم بر سیستم سیاره ای دومارپیچ در فضای سه بعدی و با در نظر گرفتن شش درجه آزادی برای هر عضو به بررسی پایداری در محدوده سرعت های بحرانی سیستم پرداخته می شود. در استخراج معادلات، سفتی درگیری به صورت ثابت فرض شده و اثرات ژیروسکوپی ناشی از دوران بازو در نظر گرفته می شود. سرعت های بحرانی سیستم های ژیروسکوپی در سرعت هایی رخ می دهد که در آن یک یا تعداد بیشتری از فرکانس های طبیعی سیستم برابر صفر می شود. برای محاسبه سرعت های بحرانی، مساله مقدار ویژه سیستم از طریق روش های عددی حل می گردد.  به منظور صحت سنجی معادلات و همچنین روند استخراج سرعت های بحرانی سیستم، نتایج استخراج شده برای یک سیستم سیاره ای ساده سرعت بالا با نتایج تحقیق موجود در این زمینه مقایسه می گردد.  در پایان با رسم نمودارهای مربوط به تغییرات قسمت های حقیقی و موهومی مقادیر ویژه سیستم سیاره ای دومارپیچ در مقابل بازه ای از سرعت های بازو، پایداری سیستم در نزدیکی سرعت های بحرانی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج تحقیق حاضر نشان می دهد که سیستم سیاره ای دومارپیچ در بعضی از سرعت های بحرانی پایدار و در برخی دیگر در معرض ناپایداری واگرایی قرار دارد.
    کلیدواژگان: سرعت های بحرانی، ناپایداری واگرایی، سیستم سیاره ای دومارپیچ، اثرات ژیروسکوپی، سرعت بالا
  • سجاد آقاسی زاده شعرباف، مهدی میرزایی* صفحات 187-200
    در این مقاله به شناسایی مدل های مناسبی از نیروهای اصطکاک طولی تایر به صورت آزمایشگاهی پرداخته می شود . بدین منظور یک وسیله آزمایشگاهی در مقیاس کوچک ساخته شده که در آن یک چرخ کوچک با یک دیسک دوار سنگین درگیر است و نیروهای اصطکاکی بین چرخ و دیسک برحسب لغزش اندازه گیری می شوند. در شناسایی مدل ها، از سرعت زاویه ای، لغزش و نیروی عمودی به عنوان ورودی و از نیروهای طولی که توسط سنسورها اندازه گیری می شوند به عنوان خروجی استفاده می شود. داده های تجربی مورد نیاز برای شناسایی به وسیله سنسورهای نیرو و جابه جایی زاوی های جمع آوری شده و پارامترهای مربوط به مدل نیروها با روش حداقل مربعات غیرخطی محاسبه می شوند. مدل های شناسایی شده با داده های آزمایشگاهی دیگری که در شناسایی استفاده نشده اند، ارزیابی می شوند.  نتایج نشان می دهد که مدل های شناسایی شده ، خروجی دستگاه را بخوبی ردیابی می کند که در این میان، به ترتیب مدل های مبتنی بر مدل های داگوف، فیالا و شبه خطی کمترین میزان خطا را داراند. به عنوان یک نتیجه ی کاربردی، دینامیک غیرخطی دستگاه که شامل مدل نیروی شناسائی شده، مشخصات ابعادی و گشتاورهای ترمزی در مکانیزم واقعی است، شبیه سازی شده و در ادامه عملکرد سیستم ترمز ضدقفل با طراحی یک کنترل کننده ی غیرخطی مبتنی بر مدل مذکور بررسی می شود.
    کلیدواژگان: شناسایی، نیروهای اصطکاکی، لغزش طولی، روش کمترین مربعات غیرخطی، ترمز ضد قفل
  • میرابوالفضل مختاری، مهدی سبزه پرور* صفحات 201-214
    در این تحقیق مدل آیرودینامیکی چند نقطه ای توسعه یافته بر پایه تئوری استریپ برای محاسبه و تخمین پارامترهای پروازی در رژیم پروازی کاملاغیر خطی اسپین که توام با زاویه حمله بالا و نیز نرخ چرخش بالا می باشد، ارایه می گردد. برای فرآیند شناسایی، تکنیک تخمین استفاده شده رگرسیون حداکثر شباهت با دیدگاه خطای معادله می باشد. هدف از این مطالعه استخراج مدل ریاضی آیرودینامیک غیر خطی مناسب برای پدیده اسپین که از غیر خطی ترین و غیر قابل پیش بینی ترین مانورهای پروازی است، می باشد. از آنجایی که در پدیده اسپین رفتار هر سطح از هواپیما متفاوت با سطح دیگر است، مزیت مدل استخراج شده با استفاده از دیدگاه مدل سازی چند نقطه ای در این است که به هر نیروی آیرودینامیکی تولید شده توسط هر سطح جداگانه اجازه می دهد تا بطور مستقل در رابطه نیرو و گشتاور کل شرکت کند بجای آنکه مقدار میانگینی با توجه به موقعیت مرکز جرم در نظر گرفته شود. مدل استخراج شده به دو ست داده های واقعی اندازه گیری شده از پرواز تست اسپین اعمال شده و نتایج نشان دهنده تولید دوباره نیروها و گشتاورهای تولید شده در یک مانور اسپین دیگر با دقت بسیار بالا تر در مقایسه با روش بسط سری تیلور و نیز مدل چند نقطه ای ساده می باشد.
    کلیدواژگان: مانور اسپین، مدل آیرودینامیکی، مدل چند نقطه ای، خطای خروجی
  • مهدی جباری، محمد زمانی نژاد* صفحات 215-224
    در این مقاله بر مبنای نظریه تغییرشکل برشی مرتبه بالا، معادلات الکتروالاستیک حاکم بر استوانه های جدار ضخیم متقارن محوری ساخته شده از مواد ناهمگن مدرج تابعی در حالت کلی استخراج شده است. جابه جایی ها، تن شها و پتانسیل الکتریکی برای استوانه با دو سر بسته مقید، به صورت تحلیلی به دست آمده است. این راهکار منجر به تعریف فرمولاسیون جدید برای تحلیل پوسته های جدار ضخیم بر پایه نظریه تغییرشکل برشی شده است. معادلات تعادل مکانیکی به روش انرژی به دست آمد و برای یافتن معادلات تعادل الکتریکی از معادلات ماکسول و گاوس استفاده شد. حل معادلات حاکم در حالت عمومی)مستقل از مرتبه نظریه تغییرشکل برشی(به صورت کوپل مکانیکی-الکتریکی و با استفاده از روش بردارهای ویژه ارائه شد. در این بررسی تمامی خواص الکترومکانیک در راستای شعاعی به صورت تابع توانی فرض شده است. به منظور بررسی صحت نتایج، جابه جایی شعاعی، پتانسیل الکتریکی و تنش شعاعی استوانه جدار ضخیم همگن با نظریه ی الاستیسیته مستوی مقایسه و شباهت ها نشان داده شده است. به منظور بررسی تاثیر افزایش مرتبه نظریه ی تغییرشکل برشی بر مقادیر جابه جایی ها، تنش ها و پتانسیل الکتریکی، مقایسه ای بین نتایج حاصل از نظریه ی تغییرشکل برشی مرتبه اول و سوم صورت گرفته است. نتایج نشان می دهد که استفاده از تقریب مرتبه بالا برای تحلیل الکتروالاستیک پوسته های استوانه ای ساخته شده از مواد پیزوالکتریک مدرج تابعی ضروری است. در انتها با بهره گیری از روش ارائه شده، تاثیر بارگذاری های الکتریکی و مکانیکی بر رفتار تنش ها، جابه جایی ها و توزیع پتانسیل الکتریکی سیلندر بررسی شده است.
    کلیدواژگان: تحلیل الکتروالاستیک، پوسته استوانه ای چرخان، نظریه تغییر شکل برشی، مواد مدرج تابعی، مواد پیزوالکتریک
|
  • F. Dadgar, Rad *, S.R Ashraf, A. Imani Pages 3-18
    In this paper, a C1 finite element (FE) formulation of Mindlin-Reissner microplate based on strain gradient elasticity theory is developed. The general form of the stiffness matrix and force vector of the microplate element is firstly extracted, and then specialized on a four-node quadrilateral element with 36 degrees of freedom. Deformation of rectangular microplates with simply-supported edges, clamped edges, and three edges simply-supported and the fourth edge free, and under uniform external pressure is then studied. For the case of microplate with simply-supported boundaries, comparison between the FE and the corresponding exact solution is made, which shows extremely close results. For the next two examples, a convergent solution by means of mesh refinement is obtained. Moreover, for the case of thin plates and for large values of the thickness-to-material length ratio, the results of gradient-based FE analysis are coincident with those of the Kirchhoff plate model based on classical elasticity. Numerical simulations show that the introduced element is able to capture the size effect phenomenon at micron scale. When the plate thickness is in the order of the material length parameter, the value of deflection is lower than that predicted by the models based on classical elasticity.
    Keywords: Strain gradient elasticity theory, finite element method, Mindlin-Reissner microplate
  • A. Salehi, M. Zehsaz *, F. Vakili Tahami Pages 19-32
    In most industries, such as Petrochemical and Nuclear power plants design of pipelines which operate under high pressure is important. Especially when the pipelines are subjected to external cyclic loads for example during earthquakes. The situation becomes more severe when chemical reactions cause corrosion in pipe walls. In this case, ratcheting effect due to the cyclic mechanical load is magnified due to the corroded region and it becomes a major concern. In this paper the ratcheting behavior of corroded elbows have been investigated using finite element based software ABAQUS and numerical solution method. Two forms of corrosion: spherical and cubic geometric shapes are used with two depths of one and two millimeters on the sensitive areas such as symmetry axes in the intrados, crown and extrados of the elbow Finally results suggests the corrupting influence of corrosion in term of ratcheting and consequently increase this corrupting influence with increase depth of corroded and also its reliance to the geometry of applied corrosion. So the ratcheting on corroded place with cubic shapes is larger than spherical shapes. The results show that the ratcheting in the circumferential direction is too large compared with the axial direction.
    Keywords: Pipe elbow, Ratcheting, Cycling bending moment, SS 304LN, Hardening coefficient
  • J. Rouzegar *, M. R. Keshavarz, H. Assaee Pages 33-42
    This research deals with experimental investigation on energy absorption and deformation of thin walled square columns under multi-indentation loading. The main goal of this research is to examine the effect of number and diameter of indenters and distance between them on the energy absorption parameters. First, square aluminum specimens with specific lengths were prepared and also an adjustable fixture for applying multi-indentation loading was fabricated. Then the indentation loading were applied on the specimens during a quasi-static condition with a constant loading rate. During loadings, the specimens were located between an almost rigid platen and the adjustable indenters. The load-displacement diagrams of specimens were obtained and the energy absorption parameters were calculated. The results indicate that the amount of absorbed energy in multi-indentation process increases significantly respect to single-indentation. By increasing the distance between indenters in multi-indentation loading, the load- displacement diagram shifts upward and moves toward the twice of single-indentation diagram. Also, by increment of diameter of indenters and distance between them, the amount of absorbed energy increases 20-60% due to formation of bigger plastic hinges.
    Keywords: Experimental study, Energy Absorption, Thin-walled column, Indentation loading, Multi-indentation
  • M. Shakouri *, S. R. Kazemi Pages 43-52
    Despite the development of some advanced concepts in fracture mechanics during recent decades, the prediction of crack initiation and its growth in materials is still a major challenge. The main difficulty is because of the continuum based mathematical formulation, which assumes that a body remains continuous as it deforms. In fact, the classical theory is formulated using spatial partial differential equations. This presents a characteristic limitation to the classical theory, as the spatial derivatives in the governing equations lose their meaning due to the presence of a discontinuity, such as a crack. To overcome this problem, Peridynamic theory could be used to improve the analysis of cracked structures. Basically, the peridynamic theory is a reformulation of the equation of motion in solid mechanics that is better suited for modeling bodies with discontinuities, such as cracks. The theory uses spatial integral equations that can be applied to a discontinuity. The present study uses this approach to study the effects of applying tensile loads on crack paths in a plate with two parallel initial cracks located in an anti-symmetric manner. The results are compared with other investigations and it is shown that the velocity of applying load has significant effect on crack path and branching.
    Keywords: Peridynamic Theory, crack growth, Branching, Loading rate
  • P. Pirali *, M. Ghadami Pages 53-64
    The medium caliber armor piercing projectiles have high kinetic energy and in practice, it is impossible to prevent these projectiles from penetration through different types of targets, directly. So this is essential to demonstrate a solution to repel these projectiles by studying on behavior of the targets. Air targets, generally made of fiber-metal laminates called GLARE, are one of the most important targets for medium caliber projectiles. In this study, numerical simulation of oblique penetration of medium caliber armor piercing projectile through the flat target of GLARE5 as well as curve targets with 6.3cm and 20cm curvature radius of the same material has been investigated via Abaqus software and consequence damage studied. Simulating failure behavior of the composite, 3D unidirectional composite model has been used and in order to do, a user-defined-subroutine VUMAT written and used with the Abaqus software. Also, because of high kinetic energy of the projectile, projectile damage has been accounted. Method of simulation has been verified by an experimental equation and the influence of target curvature on the penetration investigated. Results have shown that the increasing of the target curvature has not monotonic outcome of decreasing or increasing of the target damage.
    Keywords: Curve Geometry, Oblique Penetration, GLARE, Medium Caliber AP Projectile
  • A. Nazari *, K. Malekzadeh Fard Pages 65-78
    In the fiber metal laminated shell with determination the proper fiber angle orientation is achieved the arrangement with maximum performance. For this purpose in this study the fiber angle orientation of composite layers of the fiber metal laminate circular cylindrical shells are changed frequently and each cases being subjected to lateral load and the tension of all composite layers are calculated for all cases. Then the fiber angle orientation that cause to maximum stiffness based on maximum tension fracture criterion is selected. For this purpose an analytical program linked to the numerical program is used and calculated result. The buckling analysis is applied to determine the performance of design process. The results of buckling analyses show that determination of the optimum fiber angle orientation causes to improvement of the fiber metal laminated shell stability. Comparing the effect of variation of the fiber angle orientation, variation of the metal layer properties and variation of the thickness shell on the buckling load is the another innovation of this study and it is determined that for various amount of metal volume fraction with change in which item the maximum stability is achived.in order to improve the result accuracy high order shear deformation theory is utilized for buckling analysis.
    Keywords: Buckling, fiber metal laminated, fracture criterion, high order theory, maximum tension
  • M. Mohammadi Mehr *, M. Mehrabi, E. Shabani Nejad Pages 79-96
    In this work, buckling and free vibration analyses of double-bonded micro composite plates reinforced by boron nitride and carbon nanotubes rested in an orthotropic foundation in presence of initial stresses and electro-magneto-thermal multi-physics fields are investigated based on sinusoidal shear deformation theory. The relation between electro-magneto-thermo-mechanical parameters are presented based on most general strain gradient theory and the governing equations of motions are obtained using Hamilton’s principle. With solving the governing equations of motions of double-bonded nanocomposite micro plates the effect of various parameters such as mass scale length parameter, lengthto- thickness and width ratios, orthotropic elastic constants, temperature changes and boron nitride and carbon nano tubes volume fractions are considered. The obtained results of this work demonstrate that the natural frequencies and critical buckling load enhance with increasing the mass scale length parameter, orthotropic elastic constants and nanotubes volume fractions and lead to delay the resonance phenomenon. While increasing the temperature changes lead to reduce the micro structure stiffness, natural frequencies and critical buckling load. It can be said that this application can be used in micro electro mechanical and nano electro mechanical systems and provide a great background for more studies.
    Keywords: Buckling, vibration, Sinusoidal shear deformation theory, Most general strain gradient theory, Temperature-dependent, Orthotropic elastic foundation
  • M. Naderi, A. Ariaei * Pages 97-108
    This paper presents an analytical method for the application of piezoelectric patches to repair a rotating cracked beam. The beam equations of motion are obtained based on the Timoshenko beam theory including the effects of shear deformation and rotary inertia. The criterion applied for the repair is to modify the first natural frequency of the cracked beam towards that of the healthy beam applying a piezoelectric patch. Due to this, an external voltage is applied to actuate a piezoelectric patch bonded on the beam that decreases the effect of the crack on the vibration characteristics of the beam. First, the coupled equations of motion are discretized by applying the assumed modes method. Then, the cracked beam is modeled as numbers of healthy segments connected by two linear springs at the crack locations (one, extensional and the other, rotational). The compatibility requirements on the crack section and on the ends of the piezoelectric patch are considered to obtain the relationships between any two spans. Finally, applying the semi-analytical differential transform method, the natural frequencies and mode shapes of the system can be calculated. Numerical simulations are performed to assess the effects of different conditions on the repair moment coefficient. The presented model is validated by comparing the results with those available in the literature where, the natural frequencies are in a reasonably good agreement with the reported results.
    Keywords: Active repair, Piezoelectric actuator, Cracked Timoshenko beam, Rotating beam, Differential transform method
  • A. Bakhsheshy, H. Mahbadi *, K. Khorshidi Pages 109-118
    In this paper, free vibration analysis of two-dimensional functionally graded annular sector plates with two piezoelectric layers on elastic foundation using the Rayleigh-Ritz method is investigated applying the third order shear deformation theory of plates. Despite the existence of more complex equations, the third-order shear deformation theory of plates leads to more accurate results, this is due due to the effects of transverse shear deformation and inertial rotation,.The material properties of the annular plate is graded two-dimensionally in both of the circumferential and thickness directions. The volume fraction power law distribution is used to model the two dimensional functionally graded plate properties. The sinusoidal function is used to determine the electrical potential of the piezoelectric layers. The assumed potential function satisfies the Maxwell electrostatic equations. To obtain the natural frequencies of the plate, the Lagrangian function is defined by subtracting the kinetic and potential energies of the plate and then the Hamilton’s principle and the Ritz method is applied to obtain the natural frequencies of the plate. Finally, the results are validated by various references and the effect of various parameters including the sector angle, ratio of thickness to radius of the plate and foundation coefficients on the natural frequency of the structure has been discussed.
    Keywords: Sector plates, Natural frequency, Rayleigh-Ritz Method, Piezoelectric, Functionally graded materials
  • S.M. J. Mousavi, P. Sharifi, H. Mohammadi * Pages 119-132
    In This paper, the behavior of a functionally graded micro-resonator that is excited by thecombination of DC electrostatic force and AC harmonic force, Casimir force, the uniform temperaturechange is investigated based on the Euler-Bernoulli beam theory and the nonlinear von-Karman strain. Itis assumed that material properties follow exponential law distributions through the thickness direction.The principle of minimum total potential energy and the modified couple stress theory are used to derivethe nonlinear governing differential equation of micro-beam. Static differential equations are solvedby using the differential quadrature method. The effects of temperature change, material length scaleparameter and power distributions model on pull-in voltage are investigated. Applying perturbationmethod with multiple scales technique and numerical integration of the second order nonlinear ordinarydifferential equation, an approximation for the response of the micro-beam to the primary-resonanceexcitation is obtained.
    Keywords: Modified Couple Stress Theory, Functionally graded materials, Electrostatic voltage, Pull-in, Nonlinear vibrations
  • N. Aliakbari, H. Moeenfard * Pages 133-146
    The main objective of this paper is to propose an optimal fuzzy controller for suppressing the resulting vibration of an earthquake in a five floor building facilitated with magneto rheological damper. To this end, by utilizing the Hamilton’s principle, equations of motion of the system are derived based on a distributed parameter model. The mode shapes of the system are found by finite element simulations. A magneto rheological damper is used for each floor. To find the rule base of the fuzzy controller, a single degree of freedom vibratory system is considered and the rules derived from open loop simulations are utilized for controlling the vibration of the building. Spencer’s model is employed for analyzing the behavior of the magneto rheological damper. By recognizing the magneto rheological damper behavior as well as having the rule based obtained from single degree of freedom simulations, a fuzzy controller is designed to suppress the vibration of the building. Finally, the genetic algorithm is used to improve the performance of the proposed controller. Comparing the results of semi-active vibration control with passive-on and passive-off control strategies reveals that the suggested fuzzy controller can effectively reduce the amplitude of the vibration of the building.
    Keywords: Semi-active vibration control, Multi-floors Building, Magneto rheological dampers, Distributed param
  • H. Arvin Boroujeni * Pages 147-156
    Principal parametric resonance in rotating blades with varying rotating speed is investigated in this paper. In the presented model, the lagging-axial coupling motion due to Coriolis force is considered. The governing equations of motion are the available equations in the literature based on the exact geometrical formulation for unshearable blades. The rotating speed of the blades is considered as a mean value perturbed by a small harmonic variation. The variation frequency of the perturbed value is considered twice the one of the lagging frequencies and/or one of the axial frequencies which causes the principal parametric resonance. The direct method of multiple scales is implemented to study the dynamic instability produced by the principal parametric resonance. A closed form relation which defines the stability region boundary under the condition of the principal parametric resonance is derived using the method of multiple scales. The current results are validated by comparison with the available results in the literature. After validation of the results, a comprehensive study has been adjusted for illustration of the rotating speed effects and mode number influences on the parametric stability region.
    Keywords: Principal Parametric Resonance, Method of Multiple Scales, Rotating blades, Exact geometrical formulation, Coriolis force
  • A. Ebrahimi Mamaghani *, R. Hosseini Pages 157-168
    A variety of mechanical phenomena can be simulated by modeling bilinear oscillators which have different stiffness in pressure and tension. In this paper, bilinear oscillators with unlimited stiffness in compression say impact oscillators, and the eigenset which is homogenous solution of equation without external load are investigated. The results show that this set and the corresponding subsets are stable with respect to variation in initial conditions. In addition, among all periodic collections of impact times which are proportional to the period of external load, only the eigenset can support resonance, especially the multi-harmonic resonance. The rest of the resonances should produce the nonperiodic impact times. This phenomenon shows that the usual assumption that the times between impacts are proportional to the period of external load is not always confirmed. Furthermore it is shown that in half frequency of the main resonance (the first sub-harmonic resonance), the impact times are close to the eigenset and unlike linear increase of multi-harmonic resonances, the envelope of the oscillations increases as a square root of time.
    Keywords: Bilinear oscillator, impact oscillator, Impact times, eigenset, multi-harmonic resonance
  • H. Heydari * Pages 169-179
    The optimal design of path planning for unmanned aerial vehicles with many potential applications ranging from mapping to supporting rescue operations will improve their performance. Hence, the aim of this paper is to determine the optimal trajectory of quadrotor robot based on minimizing engine torque in point-to-point motion. First, the dynamic equations of quadrotor motion are derived in state space form by using Newton’s method. In this investigation, the computational method to solve the trajectory planning problem is based on the indirect solution of open-loop optimal control problem. The Pontryagin’s minimum principle (PMP) is used to obtain the optimality conditions, which is lead to a standard form of a two-point boundary value problem. Finally, to evaluate the efficacy of the proposed method, numerical simulation is performed for a quadrotor and the optimal trajectory is designed based on minimize torque. The results illustrate the power and efficiency of the method to overcome the high nonlinearity nature of the problem such as path optimization of multi-rotor helicopters (tri, quad, hexa, octa, etc.).
    Keywords: path planning, Quadrotor, Optimal control, minimum effort
  • M. Karimi Khoozani, M. Poursina *, A. Pourkamali Anaraki Pages 180-186
    High-speed planetary gears, or more generally, gyroscopic systems are not preserve energy and therefore subjected to instability. In this research, the dynamic equations for double- helical planetary gear system in 3-D space and considering 6-DOF for each member are extracted. Then, the system stability in the range of critical speed is investigated. In the extraction of equations, the constant mesh stiffness is assumed and the gyroscopic effects due to rotating carrier are considered. The critical speeds of gyroscopic systems occur at speeds in which one or more natural frequencies are zero. To calculate the critical speeds, the eigenvalue problem of the system is solved by numerical methods. In order to validate the equations and the process of extraction of critical speed, the obtained results for a high-speed spur planetary gear system are compared with the results of the existing research. Finally, by plotting the variations of the real and imaginary parts of the Eigenvalues of the double-helical planetary gear system versus a range of carrier speeds investigate the system stability near critical speeds. The results of the current study indicate that the double- helical planetary gear system is stable at some critical speeds and in others subjected to divergence instability.
    Keywords: Critical speeds, Divergence instability, Double- helical planetary gear system, Gyroscopic effects, High- speed
  • S. Aghasizade Shaarbaf, M. Mirzaei * Pages 187-200
    In this paper, three models for tire friction force are identified using experimental data of scaled test rig. In this setup, a scaled tire is forced to be in contact with a high inertia disk and the friction force between the tire and disk is measured in terms of the slip during braking. For identification of the models, tire’s rotational speed, tire’s slip and tire’s normal force are used as the inputs and the tire’s longitudinal force is considered as the output. The experimental data required for identification are collected by force and rotational displacement sensors. By using the measured data, the parameters of tire friction force models are calculated using nonlinear least square method. The identified models are evaluated by data not used in the identification process. The results show that the identified models follow the system outputs with acceptable errors. Among the identified models, the Dugoff model has the better accuracy compared with the Fiala and semi-linear models. As an application, a nonlinear dynamic model of the setup including the identified friction force model is employed to design a nonlinear controller for anti-lock braking system.
    Keywords: Identification, Tire friction force, Longitudinal slip, Least square method, Anti-lock braking system
  • A. Mokhtari, M. Sabzeh Parvar * Pages 201-214
    In this paper application of the multipoint aerodynamic model for parameter estimation in spin maneuver as a high-angle-of-attack and high-angular-rate fight regime was concentrated. The identification technique used to illustrate the approach is maximum likely hood with the equation error approach. The multipoint model comprises a set of new parameters describing the aerodynamic force distribution along individual surface components of the aircraft so using this method will be useful for spin aerodynamic modelling. The aim of this study is to demonstrate that this model allows coupling among the three force and three moment components, this means that the parameters associated with the six-component equations are thus treated simultaneously. Another advantage of this approach is that the model allows each individual force generating surface element of the aircraft to contribute independently to the total force and moment rather than some average of these contributions relative to the center of mass. The method is applied to measurements from spin fight test data conducted with a light general aviation aircraft and the results compared with conventional aerodynamic model. The results indicate that the method is capable of reproducing, with reasonable accuracy, the force and moment measurements obtained from a fight other than the one used in the parameter estimation.
    Keywords: Spin maneuver, Aerodynamic model, Multi input model, output equation error
  • M. Jabbari, Mohammad Zamani Nejad * Pages 215-224
    In this paper, based higher shear deformation theory, electro-elastic equation of functionally graded material axisymmetric thick-walled cylinders in general form is presented. The displacements, stresses and electrical potential in clamped-clamped cylindrical shells analytically are calculated. The presented approach leads to the definition of new formulation to study thick shells based on shear deformation theory. The mechanical equilibrium equation obtained by energy method and for finding electrical equilibrium equation used Maxwell and Gauss equations. The governing equation solved in general form (independent of the order of shear deformation theory) by the coupled electro-mechanical using eigen vectors In this study, all mechanical and electrical piezoelectric material properties, were considered to follow an identical power law in the radial direction. The results obtained in the present paper have been compared with findings of plane elasticity theory. For investigating the effect of higher order approximations on displacements and stresses and electrical potential, a comparison between the results of first and third-order shear deformation theory have been studied. The numerical results show that the higher-order approximations must be applied in electro-elastic analysis of cylindrical shells made of functionally graded piezoelectric material. Finally, some numerical results are presented to study the effects of mechanical and electrical loading on the stresses, displacements and electrical potential of the cylinder.
    Keywords: Electromechanical analysis, rotating cylindrical shell, Shear deformation theory, Functionally graded material, Piezoelectric material