فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و دوم شماره 1 (فروردین 1399)
  • سال پنجاه و دوم شماره 1 (فروردین 1399)
  • تاریخ انتشار: 1398/11/27
  • تعداد عناوین: 18
|
  • حامد میرطالبی، علی ابراهیمی ممقانی* صفحات 1-10
    در این مقاله تحلیل دینامیکی میکرولوله های حامل سیال قرار گرفته بر انواع بسترها با استفاده از تئوری الاستیسیته کوپل اصلاح یافته به طور کامل موردبررسی قرار گرفته است. معادلات دینامیکی حاکم بر سیستم با استفاده از اصل همیلتون توسعه یافته استخراج شده اند. حل عددی معادله با کمک روش گالرکین انجام شده است. برای صحت سنجی راه حل ارائه شده، نتایج مدل ساده شده با نتایج موجود در ادبیات فنی مطابقت داده شده اند. نمودارهای پایداری برای هر بستر استخراج شده اند و مطالعه جامعی برای بررسی اثرات پارامترهای مختلف همچون پارامتر مقیاس طولی ماده، قطر خارجی، بسترهای الاستیک متغیر، جزئی، سری و پاسترناک انجام شده است. نتایج نشان می دهند با توجه به مقدار پارامتر بی بعد جرم، بسترهای الاستیک می توانند باعث افزایش و همچنین کاهش نواحی پایداری سیستم شوند. علاوه بر آن مشخص شده است بسترهای سری نه تنها توانایی شبیه سازی محیط های گوناگون اطراف میکرولوله را دارند، بلکه می توانند در طراحی بهینه میکرولوله ها، پایداری آن ها را برای محدوده های کاری مختلف، به صورت چشمگیری افزایش دهند. درنهایت نشان داده شده است که می توان عملکرد میکرولوله ها را با تعیین دقیق شرایط عملیاتی و سازه ای به خوبی بهبود داد. بدون شک نتایج تحقیق حال حاضر می تواند برای مهندسین مکانیک و پزشکی که در امر طراحی و بهینه سازی سیستم های میکرو و نانولوله حاوی جریان سیال فعال هستند مفید باشد.
    کلیدواژگان: میکرولوله حامل جریان سیال، تئوری تنش کوپل اصلاح شده، مرزهای پایداری، بسترهای الاستیک و پاسترناک، فرکانس مختلط
  • محسن اصفهانیان*، محمدجواد اسفندیاری، وحید اصفهانیان، حسن نهضتی، حداد میلادی صفحات 11-20
    مجموعه باتری یکی از اجزای اصلی در خودروهای الکتریکی است که به طور معمول از مجموعه ای از سلولهای باتری تشکیل شده است که به صورت سری به یکدیگر متصل می شوند. یکی از مهمترین وظایف سیستم مدیریت باتری در خودروهای الکتریکی تخمین سطح شارژ مجموعه باتری است. سلولهای موجود در یک پک باتری بدلیل تلرانس های مختلف ساخت و شرایط مختلف عملکردی الزاما سطح شارژ یکسانی ندارند و از این رو، سطح شارژ مجموعه باتری الزاما با سطح شارژ سلولها یکسان نیست. این مقاله به ارایه روشی برای تخمین سطح شارژ مجموعه باتری می پردازد که در کنار دقت بالا، هزینه محاسباتی نسبتا پایینی دارد. ابتدا از روش شمارش کولمب و منحنی ولتاژ مدار باز باتری که از داده های تجربی استخراج شده است، به طور همزمان برای تخمین سطح شارژ میانگین مجموعه باتری استفاده شده است. سپس با استفاده از فیلتر کالمن تعمیم یافته، اختلاف سطح شارژ بین هر کدام از سلولها و سطح شارژ میانگین تخمین زده شده است. روش پیشنهادی بوسیله یک بستر تست تجربی و برای مجموعه ای متشکل از سه سلول باتری لیتیومی که به شکل سری متصل شده اند مورد ارزیابی و صحه گذاری قرار گرفته است. نتایج تست های تجربی حاکی از عملکرد مناسب روش پیشنهادی در تخمین سطح شارژ پک باتری لیتیومی می باشد.
    کلیدواژگان: سطح شارژ باتری، فیلتر کالمن تعمیم یافته، پک باتری لیتیومی، سیستم مدیریت باتری
  • مهدی شهاب، مجید معاونیان* صفحات 21-30
    نظارت بر عملکرد سیستم های شاسی نقش مهمی در ایمنی و قابلیت اعتماد خودرو دارند. تاکنون روش های متنوعی برای شناسایی عیوب سیستم تعلیق که اکثر آن ها شامل الگوریتم های پیچیده و فاقد کاربری مناسب در عمل می باشند، ارائه شده است. در این پژوهش، راه کاری نو و کارآمد بر مبنای مدل و رفتار دینامیکی خودرو با قابلیت کاربرد عملی برای تشخیص دقیق و سریع عیوب سیستم تعلیق معرفی شده است. در این روش نیازی به استفاده از تجهیزات و آزمون های خاص جهت تشخیص عیوب نبوده و در صورت بروز عیب، در حین عبور خودرو از موانعی با دارا بودن آستانه تحریک لازم همانند سرعت گیرهای جاده، امکان اعلام هشدار به کاربر فراهم و موقعیت و اندازه آن تعیین می شود. طراحی ساختار مناسب و به کارگیری شبکه های عصبی فازی برای شناسایی عیوب نقش مهمی در کاهش خطای ردیابی عیوب نشان می دهند. کاهش تعداد و نوع حسگرهای مورد استفاده (تنها حسگر شتاب سنج) و عدم اتکا به نرخ داده برداری بالا از مزیت های دیگر روش پیشنهادی به شمار رفته، موجب استفاده آسان و کم هزینه می شوند. پس از بررسی میزان اثرگذاری شرایط و عوامل مختلف وانتخاب پارامترهای مناسب در فرایند تشخیص عیوب، صحه گذاری عملکرد و قابلیت پیاده سازی سیستم عیب یاب با طرح و انجام آزمایشات بررسی و نتایج تایید می شود.
    کلیدواژگان: شناسایی و تشخیص عیب، سیستم تعلیق خودرو، رفتار دینامیکی، شبکه های عصبی- فازی
  • علی افلاکیان، نیما کرباسی زاده، مهدی طالع ماسوله*، احمد کلهر صفحات 31-40
    در این مقاله روشی جهت حل سینماتیک مستقیم ربا ت های موازی کابلی نامقید با در نظر گرفتن نیروهای خارجی وارد بر مجری نهایی ربات پیشنهاد می شود. ازآنجایی که در پیدا کردن موقعیت مجری نهایی ربات های نامقید علاوه بر هندسه ربات نیروهای وارد بر مجری نهایی نیز تاثیرگذارند، مساله سینماتیک مستقیم ربات به یک مساله بهینه سازی با هدف کمینه کردن انرژی پتانسیل ربات تبدیل خواهد شد. حل این مساله بهینه سازی زمانبر بوده و برای کاربردهای عملی مناسب نیست. لذا در این مقاله در راستای حل سینماتیک مستقیم ربات های کابلی نامقید یک مدل شبیه سازی با قابلیت در نظر گرفتن دینامیک ربات های نامقید و کابل ها، جهت حل شبه استاتیکی حرکت ربات در فضای کاری موردنظر و همچنین در نظر گرفتن اثر نیروی های خارجی روی حرکت آن، طراحی شد. به منظور نشان دادن یکتا و کمینه کلی بودن جواب بدست آمده، تحلیل فضای کاری صورت گرفته است. سپس به کمک شبکه عصبی لولیمات روی داده های جمع آوری شده از محیط شبیه سازی یک ربات 4 کابلی فضایی، موقعیت ربات به ازای طول کابل های مختلف بدست آمد. به کمک این روش الگوریتم کنترلی طراحی و در محیط شبیه سازی متلب پیاده سازی شد. در پایان روش ارائه شده به صورت عملی پیاده سازی شده و نتایج به دست آمده حاکی از صحت عملکرد آن است.
    کلیدواژگان: ربات کابلی، ربات نامقید، سینماتیک مستقیم، شبکه عصبی، کنترل سینماتیکی
  • حامی تورجی زاده*، وحید بومری صفحات 41-50
    در این مقاله طراحی, مدلسازی و کنترل یک ربات هیبریدی بالارونده انجام شده است که دارای سه پایه ی پنجه ای و یک صفحه ی مثلثی شکل است. در بسیاری از سازه های خرپایی و داربستی که انجام عملیات بر روی آن ها برای کارگر بسیار خطرناک بوده و از لحاظ نیروی انسانی ایمن و بهینه نیست به نوعی ربات نیاز است که توانایی بالا رفتن از این سازه ها را داشته باشند. در این مقاله ربات طراحی شده امکان انجام عملیات تعمیراتی توسط صفحه ی مثلثی و پایه ی سوم را دارد. در این مقاله ساختار ربات مناسب برای این منظور طراحی شده و سینماتیک و دینامیک آن مدلسازی گشته است. هم چنین کنترل ربات برای مرحله ی انجام عملیات به کمک روش بازخورد خطی سازی شده استخراج گشته است. تمامی طراحی ها, مدلسازی ها و کنترل ربات به کمک انجام شبیه سازی های آنالیتیکی در نرم افزار MATLAB اثبات شده و صحت کار به کمک شبیه سازی در نرم افزار ADAMS مورد بازبینی قرار گرفته است. اثبات شده که به کمک ربات طراحی شده می توان در یک ساختار خرپایی شکل عملیات متنوع عمرانی را با موفقیت انجام داد.
    کلیدواژگان: ربات بالارونده، عملگر تعمیراتی، ربات هیبریدی، مدلسازی، کنترل بازخورد خطی ساز
  • مسیح فتحی، مریم ملک زاده ورنوسفادرانی* صفحات 51-60
    در این مقاله به بحث، بررسی و توسعه الگوریتم طراحی مسیر برای ماموریت تعقیب هدف متحرک پرواز گروهی هواپیماهای بدون سرنشین پرداخته می شود. مطابق با الزامات هواپیمای بدون سرنشین بال ثابت، برای تعقیب هدف متحرک و همچنین ماموریت دوری از موانع در محیط های پیچیده، الگوریتم جدیدی از ترکیب الگوریتم میدان برداری لیاپانوف با الگوریتم میدان پتانسیل بهبود یافته ارائه می شود. الگوریتم میدان برداری لیاپانوف در تعقیب هدف متحرک توانا بوده ولی پاسخی در حضور موانع ندارد. الگوریتم میدان پتانسیل در حضور موانع به خوبی عمل می کند. الگوریتم دینامیکی جدید ارائه شده از مزایای الگوریتم پتانسیل بهبود یافته برای دوری از موانع و همچنین از قابلیت الگوری الگوریتم میدان برداری لیاپانوف در تعقیب هدف متحرک توانا بوده ولی پاسخی در حضور موانع ندارد. الگوریتم میدان پتانسیل در حضور موانع به خوبی عمل می کند. تم میدان برداری لیاپانوف برای تعقیب اهداف متحرک استفاده می نماید. از مزایای این الگوریتم، درلحظه یا برخط بودن و پویایی آن برای تعقیب هدف متحرک و در عین حال دوری از موانع و همچنین قابلیت محاسباتی سریع می باشد که سبب می شود الگوریتم در محیط های پیچیده به خوبی عمل نماید. در ادامه الگوریتم ارائه شده برای پرواز گروهی هواپیماهای بدون سرنشین طراحی می شود. نتایج ارائه شده به خوبی بیانگر آن است که الگوریتم ترکیبی ارائه شده، قابلیت پیاده سازی در محیط های پیچیده را دارا می باشد.
    کلیدواژگان: طراحی مسیر، الگوریتم میدان برداری لیاپانوف، الگوریتم پتانسیل بهبودیافته، پرواز گروهی هواپیماهای بدون سرنشین، تعقیب هدف متحرک
  • سید حسین ساداتی*، جواد مسرور، مرتضی شهروی صفحات 61-70
    انعطاف پذیری سازه هواپیما باعث بروز مسایل و مشکلات متعددی می گردد که این مشکلات بعضآ می توانند سلامت و ایمنی پرواز هواپیما را به مخاطره اندازند. این پدیده باعث تغییر در پاسخ دینامیکی هواپیما به سطوح کنترل و اغتشاشات جوی می گردد. همچنین این امر اثرات نامطلوبی در کنترل پذیری هواپیما توسط خلبان، و خوشدستی آن به همراه دارد. لذا بررسی اثرات انعطاف پذیری سازه روی پاسخ های پروازی هواپیما از اهمیت ویژه ای برخوردار است که این امر مستلزم یکپارچه سازی معادلات حرکت و ارتعاشی هواپیما می باشد. دینامیک هواپیمای پهن پیکر با زیرسازه های بلند و انعطاف پذیر بر مبنای یک مدل شش درجه آزادی که ترکیب دو درجه آزادی صلب و چهار درجه آزادی انعطاف پذیر است، توسعه داده شده است. برای توصیف برهمکنش سیال با سازه از مدل آیرودینامیک شبه پایا استفاده شده است. توسعه مودهای انعطاف پذیر در مدل حاضر نسبت به مدل های قبلی موجود، با توجه به ساختار پیکربندی هواپیمای مورد نظر، موجب افزایش دقت و اعتبار پیش بینی رفتار دینامیکی، بویژه در شرایط پروازی خاص، از جمله پاسخ به تندبادهای گسسته شده است. ماهیت این دسته از تحریک های خارجی به گونه ای است که طیف گسترده تری از مودهای الاستیک تحریک شده و سهم انرژی کرنشی ناشی از انعطاف پذیری در دینامیک عمومی هواپیما افزایش می یابد. در شبیه سازی های انجام شده تاثیر عوامل مختلف از جمله پروفیل و طول موج تندباد برروی رفتار دینامیکی بررسی شده است.
    کلیدواژگان: هواپیمای انعطاف پذیر، رفتار آیروالاستیک، تندباد
  • حسین واقف پور، هادی آروین*، یعقوب طادی بنی صفحات 71-80
    در این مقاله برای اولین بار از کنترل پسخورد و کنترل فازی به منظور ردگیری مسیر دلخواه انتهای یک نانوتیر طره ای پیزوالکتریک به عنوان یک نانو عملگر استفاده شده است. معادلات حرکت بشکل معادلات دیفرانسیل با مشتقات پارهایی به کمک تئوری فلکسوالکتریک مرتبه بالا وابسته به اندازه استخراج گردیده است. به منظور دستیابی به معادلات حاکم، فرمولاسیون غیرخطی برای نانوتیر اویلر-برنولی پیزوالکتریک با درنظر گرفتن غیرخطیگری فون-کارمن به کارگرفته شده است. معادلات غیر خطی به کمک حساب تغییرات و اصل همیلتون بدست آمده است. برای تبدیل معادلات دیفرانسیل پاره ایی به معادلات دیفرانسیل معمولی روش گسسته سازی گلرکین پیاده سازی شده است. با استفاده از متغیرهای فضای حالت، مدل فضای حالت نانوتیر برای طراحی کنترل کننده مناسب بدست آورده شده است. سپس طراحی کنترل پسخورد حالت بدون انتگرالگیر، کنترل پسخورد حالت با انتگرالگیر و کنترلر فازی برای کنترل انتهای نانوعملگر به منظور ردگیری مسیر دلخواه صورت پذیرفته است. در پایان اثر ورودیهای متفاوت (سینوسی و پله) به همراه اغتشاش (ضربه) برروی کنترلرهای طراحی شده با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری شرح داده شده است. با توجه به یافته های این مقاله میتوان بیان نمود که به ترتیب کنترلر فازی، کنترلر پسخورد حالت با انتگرالگیر و کنترلر پسخورد حالت بدون انتگرالگیر بهترین عملکرد را داشته اند.
    کلیدواژگان: نانوتیر پیزوالکتریک، تئوری فلکسوالکتریک وابسته به اندازه، کنترل پسخورد، کنترل فازی
  • کاظم مجیدی مظفری، محمد حسینی*، فرود محمدی صفحات 81-90

    در این مقاله، تحلیل ارتعاشات آزاد تیرکامپوزیتی چرخان جدار نازک تقویت شده با الیاف حافظه دار ارائه شده است. الیاف های حافظه دار با پیش کرنش فشاری در لایه میانی جداره تیر جدار نازک در راستای طولی قرارگرفته اند. مدل سازی ترمومکانیکی الیاف حافظه دار، از طریق معادلات بنیادین ارائه شده توسط لیانگ-راجرز انجام شده است. معادلات دیفرانسیل حاکم بر تیر چرخان جدار نازک با استفاده از اصل همیلتون توسعه یافته و براساس تئوری تغییرشکل برشی مرتبه اول استخراج شده است. تیر جدار نازک تحت میدان حرارتی یکنواخت قرار دارد. با اعمال حرارت به تیر کامپوزیتی جدارنازک، عملیات بازیابی کرنش در راستای طول الیاف به وجود می آید، که منجر به ایجاد نیروی کششی در طول تیر چرخان جدار نازک می شود. در نهایت معادلات دیفرانسیل حاکم بر تیر کامپوزیتی چرخان جدار نازک با استفاده از روش گالرکین توسعه یافته حل شده اند و تاثیر سرعت چرخش، حد کرنش قابل بازیابی، تعداد الیاف، اختلاف دمای الیاف و زاویه پیش تاب تیر جدار نازک بر روی فرکانس طبیعی، در دمای بالاتر از دمای پایان آستنیت تعیین و ارائه شده است. به منظور اعتبارسنجی مدل حاضر، نتایج این پژوهش با استفاده از مراجع موجود مقایسه شده که تطابق بسیار خوبی بین نتایج مشاهده شده است.

    کلیدواژگان: تحلیل ارتعاشات آزاد، آلیاژ حافظه دار، تیر چرخان جدارنازک، کسر مارتنزیت
  • سید علی اصغر حسینی*، امین تمدن، مهدی زمانیان صفحات 91-100
    در این مقاله، ارتعاشات روتور پیوسته با مقطع دایروی یکنواخت که بر روی دو یاتاقان پد متحرک (تیلتینگ پد) قرار دارد مطالعه می شود. روتور لاغر فرض می شود و در نتیجه، اثر تغییر شکل برشی نادیده گرفته شده است ولی اثر ژیروسکوپی لحاظ می شود (تئوری تیر ریلی). به علاوه اثر غیرخطی هندسی ناشی از تغییر شکل بزرگ روتور در نظر گرفته می شود. بر اساس فرضیه یاتاقان کوتاه، یک مدل تحلیلی غیرخطی از یاتاقان پد متحرک که با سیال روانکاری شده و دارای جریان آرام و مغشوش می باشد مدل سازی شده است. معادلات حرکت روتور با دو یاتاقان پد متحرک که در ابتدا و انتهای آن قرار دارند استخراج می شود. به منظور گسسته سازی این معادله ها از روش گلرکین استفاده می شود که از یک مود برای این کار استفاده می شود. با حل عددی معادله های گسسته حاکم بر مسئله، منحنی پاسخ فرکانسی سیستم بدست می آید. با مقایسه پاسخ ها مشخص می شود که سیستم روتور غیرخطی-یاتاقان پد متحرک دارای دامنه کمتری نسبت به روتور خطی با یاتاقان پد متحرک می باشد. همچنین پاسخ سیستم روتور-یاتاقان پد متحرک با جریان مغشوش باعث سفت تر شدن یاتاقان و کاهش دامنه پاسخ سیستم می شود. با کاهش لزجت دینامیکی سیال، از سفتی یاتاقان کاسته می شود و سبب افزایش دامنه پاسخ می شود.
    کلیدواژگان: ارتعاشات غیرخطی، روتور پیوسته، یاتاقان پد متحرک، تئوری تیر ریلی، فرض یاتاقان کوتاه
  • موسی رضائی*، وحید شاطریان القلندیس صفحات 100-110
    در این مقاله، ارتعاشات چند مودی آزاد تیر با ترک خستگی تحت شرایط اولیه دلخواه مطالعه شده است. اعمال شرایط اولیه دلخواه باعث تحریک همزمان چند مود ارتعاشی تیر می شود. برای تحلیل مساله، با در نظر گرفتن گشتاور خمشی تیر در محل ترک، رابطه ای برای تعیین میزان باز شدگی آنی ترک به صورت تابعی چندهارمونیک از زمان ارائه می شود. تابع توصیف کننده وضعیت آنی ترک در مجموعه معادلات مودال توصیف کننده ارتعاشات تیر ترکدار ظاهر شده و سبب کوپل شدن معادلات می شود. این معادلات با استفاده از روش اغتشاشات حل و پاسخ تحلیلی ارتعاش چند مودی تیر ترکدار به تحریک اولیه دلخواه به دست می آید. سپس پاسخ ارتعاشی تیر در سه حالت: تحریک مود اول، تحریک همزمان مودهای اول و دوم و تحریک همزمان مودهای اول تا سوم به دست آمد. نتایج نشان می دهد که با تحریک صرفا در مود اول، مولفه های هارمونیک پاسخ ارتعاشی اطلاعات بسیار محدودی در مورد ترک ارائه می دهد در حالی که با تحریک همزمان مودهای بالاتر، مولفه های هارمونیک متعددی به علت وجود ترک در پاسخ ارتعاشی ایجاد می شوند که حساسیت زیادی به ترک دارند و از تحلیل آنها اطلاعات دقیقی در مورد موقعیت و عمق ترک حاصل می شود.
    کلیدواژگان: تیر با ترک خستگی، ارتعاش چند مودی آزاد میرا، روش اغتشاشات، تحلیل فرکانسی
  • صابر صالحی، امید رحمانی*، سید امیرحسین حسینی صفحات 111-120
    در این مقاله ارتعاشات آزاد و اجباری نانوورق ویسکوالاستیک واقع بر بستر ویسکوالاستیک پاسترناک، مورد بررسی قرار خواهد گرفت. با توجه به عدم توانایی تئوری های کلاسیک الاستیسته در توصیف سازه هایی با ابعاد نانو، در این پژوهش از تئوری غیرکلاسیک کوپل تنش اصلاح شده برای بیان اثر اندازه بهره گرفته شده است. در این پژوهش با استفاده از روش نیمه تحلیلی گالرکین، ارتعاشات آزاد نانوورق برای شش شرط تکیه گاهی متفاوت، بحث شده است؛ همچنین ارتعاشات اجباری نانوورق مستطیلی ویسکوالاستیک با استفاده از روش ناویر برای شرط تکیه گاهی ساده مورد مطالعه واقع می شود. در بخش تحلیل نتایج تاثیر پارامترهایی مانند ضریب ویسکوالاستیک سازه ای نانوورق، پارامتر مقیاس طول ماده و ضریب الاستیک خطی بستر بر روی فرکانس طبیعی، ماکزیمم خیز دینامیکی، اختلاف فاز و پدیده تشدید ارائه شده است. با توجه به نتایج حاصل شده مشخص شد که در نظر گرفتن پارامتر مقیاس طول ماده منجر به افزایش سفتی و فرکانس طبیعی نانوورق می شود؛ همچنین در نظر گرفتن پارامتر مقیاس طول ماده منجر به رخ دادن پدیده تشدید در فرکانس های تحریک بالاتر و کاهش اختلاف فازخواهد شد. وجود ضرایب الاستیک خطی و برشی بستر، منجر به رخ دادن پدیده تشدید در فرکانس های تحریک پایین می شود.
    کلیدواژگان: ارتعاشات اجباری، پدیده تشدید، تئوری کوپل تنش اصلاح شده، مدل کلوین-ویت، روش نیمه تحلیلی گالرکین
  • علی اورنگ، مجتبی حقیقی یزدی*، صادق ناصر خاکی، سعید رضا مهرپور صفحات 121-130

    در این پژوهش، مدلسازی المان محدود غیرخطی جهت بررسی پارامتری تاثیر خواص دیسک بر رفتار بیومکانیکی ستون فقرات کمری ارائه شده است. اجزاء این مدل شامل مهره (استخوان قشری و استخوان اسفنجی)، دیسک (هسته، آنالئوس فیبرسوس و فیبرهای کلاژن)، صفحات انتهایی و رباط میباشد. در مدل حاضر برای دستیابی به هندسه واقعی اجزاء ستون فقرات از نرم افزار پردازش تصویر میمیکس استفاده شده و سپس از نرم افزار هایپرمش برای مش بندی هر چه بهتر اجزاء مختلف ستون فقرات بهره گرفته شده است. پس از اعمال بارگذاری و شرایط مرزی، تحلیل مدل در نرم افزار آباکوس انجام میشود. همچنین آزمایشات تجربی پیشین در زمینه ستون فقرات حاکی از آن است که این عضو رفتار مکانیکی غیر خطی دارد؛ بنابراین برای دستیابی به این رفتار غیر خطی در مدل حاضر، رباط ها و فیبرهای آنالئوس به صورت فنر غیرخطی مدل سازی شدهاند. نتایج بدست آمده از مدل حاضر که شامل فشار میان دیسکی و چرخش میان مهرهای است، با داده های آزمایشات تجربی و مطالعات عددی پیشین مقایسه شده است. بررسی نتایج این پژوهش نشان میدهد که با افزایش ضرایب ماده هایپرالاستیک تشکیل دهنده دیسک، میزان چرخش میان مهرهای در هر حالت بارگذاری کاهش مییابد.

    کلیدواژگان: چرخش میان مهره ای، ستون فقرات کمری، مدل المان محدود
  • مجتبی حسینی، علی حاتمی، سمیرا پایان* صفحات 131-140
    در این مقاله، به تاثیر جریان گذرای اطراف یک پره حلقوی بر روی تنش ها و کرنش های حرارتی آن پرداخته می شود. از روش حجم محدود برای حل معادلات جریان و از روش المان محدود برای حل معادلات تنش حرارتی در جامد استفاده می شود. نتایج به دست آمده از تنش حرارتی پره در دو حالت کلی بدون جریان سیال و با جریان سیال اطراف پره بررسی می شوند. در حالت با جریان سیال نیز دو حالت در نظر گرفته می شود ابتدا یک پره در جریان آزاد مورد تحلیل قرار می گیرد و سپس به منظور کاربردی بودن بیشتر مسئله، جریان حول یک پره در بین یک دسته از پره ها مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج جریان آزاد با حالت بدون جریان مقایسه می شوند. نتایج به دست آمده از این بررسی ها نشان می دهد که تنش های حرارتی ایجاد شده در حالت بدون جریان و با جریاندر پره تفاوت زیادی در لحظه های اولیه با هم ندارد. همچنین نتایج نشان می دهد که مکان بدترین تنش مماسی در دو حالت با جریان خارجی و بدون جریان تغییر نمی کند اما مقدار آن در حالت با جریان بیشتر است. علاوه بر آن تنش مماسی در حالت با جریان متقارن نبوده و مکان بدترین تنش اگرچه در پایه پره است اما در ناحیه جبهه جریان اتفاق می افتد. تحلیل دقیق جریان اطراف پره نشان دهنده ناکافی بودن اطلاعات شعاعی تغییر دما در تشخیص بدترین ناحیه تنش موثر است.
    کلیدواژگان: روش المان محدود، روش حجم محدود، تنش و کرنش حرارتی، جریان آزاد روی پره حلقوی، جریان اطراف دسته پره های حلقوی
  • داود شاهقلیان قهفرخی، میلاد آقایی روزبهانی، غلامحسین رحیمی* صفحات 141-150

    سازه های کامپوزیتی مشبک به دلیل خواص منحصربفردشان، یکی از سازه های پرکاربرد در صنایع هوایی، دریایی و خودروسازی می باشند. در دهه های اخیر تحقیقات زیادی برای پیش بینی بار بحرانی کمانش سازه های کامپوزیتی، بدون خرابی یا شکست انجام شده است. یکی از مهم ترین روش های غیرمخرب، روش همبستگی ارتعاشی یا وی سی تی می باشد. هدف تحقیق حاضر پیش بینی بار بحرانی کمانش ورق های کامپوزیتی تقویت شده با استفاده از روش وی سی تی می باشد. برای این منظور در ابتدا تحلیل ارتعاشات غیرخطی ورق های کامپوزیتی تقویت شده با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس و در بارهای فشاری مختلف انجام شد. در مرحله ی بعد با استفاده از نتایج عددی و روش وی سی تی، بار بحرانی کمانش سازه مذکور پیش بینی گردید. در ادامه و برای صحت سنجی نتایج روش وی سی تی، سه ورق تقویت شده کامپوزیتی مشابه و با شرایط یکسان و با استفاده از روش با روش رشته پیچی و لایه چینی دستی ساخته شد و تحت آزمون فشار محوری قرار داده شد. در نهایت بار بحرانی کمانش تجربی به دست آمد. نتایج نشان می دهد که اختلاف بار بحرانی کمانش پیش بینی شده به روش همبستگی ارتعاشی با بار بحرانی کمانش به دست آمده از آزمایش تجربی کمتر از 5 درصد می باشد که این موضوع دال بر مناسب بودن روش وی سی تی برای پیش بینی بار بحرانی کمانش با دقت بسیار بالا برای ورق های کامپوزیتی تقویت شده می باشد.

    کلیدواژگان: ورق کامپوزیتی تقویت شده، روش همبستگی ارتعاشی، کمانش، ساخت، تحلیل عددی
  • حبیب رمضان نژاد آزاربنی*، حماد کشاورزپور، محمد رحیم زاده صفحات 151-160
    در این مقاله با ارائه یک مدل غیرخطی از رفتار دینامیکی نانولوله های کربنی تک لایه با فرض دامنه ارتعاشی زیاد روی بستر ویسکوالاستیک تحت اعمال بار خارجی هارمونیک در یک محیط حرارتی به تحلیل رفتار آشوبناک و همچنین تحلیل رزونانس اولیه و سوپرهارمونیک آن ها پرداخته شده است. با استفاده از روش گالرکین با توابع شکل مثلثاتی و رانگ کوتای مرتبه چهار معادلات حاکم حل شده است. با به کارگیری دیاگرام های دوشاخه ای و بزرگترین نمای لیاپانوف پارامترهای آشوب از پارامترهای پریودیک شناسایی شده و رفتار پریودیک و آشوب نانولوله های کربنی توسط نمودارهای فازی و نگاشت پوانکاره نشان داده شده است. در ادامه با استفاده از روش مقیاس چندگانه به تحلیل رفتار رزونانس اولیه و سوپرهارمونیک نانولوله های کربنی به منظور امکان سنجی بروز پدیده پرش پرداخته شده است. حساسیت رفتار دینامیکی نسبت به پارامترهای مختلف شامل ضرایب بستر ویسکوالاستیک، پارامتر کنترلی فرکانس و دامنه نیروی خارجی در وقوع پدیده پرش در نانولوله های کربنی تک لایه بررسی شد. نتایج نشان می دهد که دامنه نیروی خارجی، ضرایب بستر ویسکوالاستیک، پارامتر کنترلی فرکانس و تغییرات دما در دو حالت دمابالا و دما پایین دارای اثری قابل توجه بر پاسخ فرکانسی با حضور پدیده پرش دارند. همچنین دامنه تحریک می تواند یک عامل کنترل کننده بر بروز پدیده آشوب باشد.
    کلیدواژگان: نانولوله کربنی، آشوب، دیاگرام های دوشاخه ای، پدیده پرش، رزونانس سوپرهارمونیک
  • محسن تیموری، مسعود عسگری* صفحات 161-170
    بهینه سازی توپولوژی، باهدف تعیین بهترین الگوی توزیع جرم از جامع ترین مسائل درزمینه بهینه سازی سازه ای است. در کنار سختی سازه-ها به عنوان رایج ترین تابع هدف، بهینه سازی فرکانسی از اهمیت بالایی در صنایع مختلف برخوردار است که معمولا با افزایش فرکانس طبیعی پایه یا بیشینه سازی اختلاف دو فرکانس طبیعی متوالی قابل دسترسی است. پدیده فرکانس های طبیعی چندگانه، وابستگی نتایج بهینه سازی توپولوژی به مش، شطرنجی شدن ناحیه طراحی، قید تقارن هندسی و رخ دادن مد های ارتعاشی تصنعی محلی در نواحی دارای تمرکز پایین ماده، مهم ترین چالش های پیش روی طراح در مسائل بهینه سازی سختی و فرکانسی هستند که قابلیت ساخت سازه را نیز تحت تاثیر قرار می دهند. در تحقیق حاضر، الگوریتم بهینه سازی تکاملی دوسویه که یکی از الگوریتم های نوظهور در عرصه بهینه سازی توپولوژی برای سختی سازه ها به شمار می رود، برای مساله سختی و فرکانسی به طور مجزا و با استفاده از طراحی یک بسته نرم افزاری شامل یک کد متلب و حل گر اجزاء محدود آباکوس پیاده-سازی شده است. همچنین اثر قید تقارن هندسی روی توپولوژی سازه در مساله سختی و فرکانسی لحاظ گردیده است. در همین راستا بهینه سازی توپولوژی با توابع هدف سختی و فرکانسی روی یک تیر دوبعدی پیاده سازی شده است و درنهایت نتایج بهینه سازی برای هر دو تابع هدف با سازه ی اولیه مقایسه خواهند شد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی توپولوژی، الگوریتم های تکاملی، رویکرد تکاملی دوسویه، بهینه سازی فرکانسی
  • سید سعید کاظمی، میلاد همایون فرد، سیدمهدی گنجیانی*، ناصر سلطانی صفحات 171-180
    در این پژوهش، ابتدا به کمک انجام آزمون های تجربی، توسعه ی آسیب نرم و تبدیل فاز مارتنزیتی ناشی از کرنش پلاستیک در فولاد آستنیتی ضدزنگ نوع 304 در دمای فوق سرد بدست آمده است. هر آزمون شامل دو مرحله می باشد. مرحله ی اول، انجام آزمون کشش روی قطعه ی غوطه ور در نیتروژن مایع و مرحله ی دوم آزمون پراش پرتوی ایکس به منظور تعیین فازهای موجود در نمونه ی آزمون می باشد. در ابتدا، آزمون های کشش به ازای جابجایی های مختلف در دمای فوق سرد انجام شده است. برای این منظور، محفظه ی فوق سرد طراحی و تولید گردید. سپس نمودارهای نیرو _جابجایی مربوط به آن بدست آمده است. پس از آن، این قطعات تحت آزمون پراش پرتوی ایکس قرار گرفته و به کمک این آزمون، فازهای موجود در قطعه و کسر حجمی مارتنزیت در آنها به ازای جابجایی های مختلف، تعیین شده است. شبیه سازی عددی به کمک اجرای کد یومت در نرم افزار آباکوس انجام شده است. در شبیه سازی عددی، از خواص بدست آمده از آزمون های تجربی استفاده شده است. شبیه سازی های صورت گرفته شامل دو قسمت می باشد: آسیب و تبدیل فاز مارتنزیتی. در این پژوهش، به کمک نتایج بدست آمده از آزمون های تجربی، مدل نهایی در حالت بارگذاری کششی تک محوره کالیبره و ثابت های مربوط به آن تعیین شده است.
    کلیدواژگان: دمای فوق سرد، آسیب نرم، تبدیل فاز مارتنزیتی ناشی از کرنش پلاستیک، آزمون کشش، تحلیل عددی
|
  • Hamed Mirtalebi, Ali Ebrahimi Mamaghani * Pages 1-10
    In this paper, using modified couple stress theory, dynamic stability of a cantilevered micro-tube embedded in several types of elastic media has been studied. The governing equation for lateral vibrations of the micro-tube conveying fluid is derived using the extended Hamilton’s principle. The numerical results are obtained by employing the extended Galerkin’s method. For validation purposes, the obtained results for simple cases are compared and findings indicate a very good agreement with those available in the literature. The stability maps of different configurations with different flow velocities are studied and the influences of various parameters such as material length scale, external diameter and different elastic properties on the stability of the system are considered. Results indicate that elastic environments may enlarge the stability regions significantly at larger values of mass ratio parameter while decrease it for smaller values of mass ratio parameter. Moreover, using elastic media mathematically defined by series functions provides the capability to simulate almost any real time operational environment the micro-tube embedded in and results in an optimal stability state of the micro-structure carrying fluid flow.
    Keywords: Micro-tube Conveying Fluid, Modified Couple Stress Theory, Stability boundaries, Elastic, Pasternak Foundations
  • Mohsen Esfahanian *, Mohammad Javad Esfandyari, Vahid Esfahanian, Hassan Nehzati, Haddad Miladi Pages 11-20
    The battery pack is one of the main components in electric vehicles which is usually composed of many cells connected in series. Battery state of charge estimation is one of the most important functions of the battery management system in electric vehicles. Due to the different manufacturing and operational conditions, all of the cells in a battery pack do not have the same states of charge and therefore, the cell and pack states of charge are not the same. This paper presents a method for battery pack state of charge estimation which benefits rather low computational cost as well as the high precision. First, the coulomb counting method and the open circuit voltage graph, which is obtained from the experimental results, are used simultaneously to estimate the pack average state of charge. Then, the extended Kalman filter method is used to estimate the difference between the pack average state of charge with those of the cells. The proposed method has been evaluated and verified using an experimental test bench for three series-connected lithium cells. Experimental test results indicate good performance of the proposed method in estimating the lithium battery pack state of charge.
    Keywords: Battery State of Charge, Extended Kalman Filter, Lithium Battery Pack, Battery Management System
  • Mahdi Shahab, Majid Moavenian * Pages 21-30
    So far, variety of complicated and impractical algorithms have been presented to identify the suspension system faults. In this research, a new effective and practical method, based on model and dynamic behavior of the vehicle for accurate and fast fault diagnose of the suspension system has been presented. In this method, it is not necessary to use special equipment and tests to diagnosis the fault, in the event of a fault, during the passage of the vehicle from obstacles with the necessary excitation threshold such as speed bumper, the alert is given to the user and its position and size are determined. Designing the suitable structure and using neural-fuzzy networks to identify faults plays an important role in reducing the error of fault diagnosis. Reducing the number and type of sensors (using only the accelerometer) and not relying on high sample rates are other advantages of the proposed method, and make it easy to use and low-cost. After study the effectiveness of different conditions and factors and selection the appropriate parameters in the process of fault diagnosis, verification of fault diagnosis system performance and the ability to implement it by designing and doing experiments and obtaining experimental results is confirmed.
    Keywords: Fault detection, diagnosis, Vehicle suspension systems, Dynamic behavior, Neuro-fuzzy network
  • Ali Aflakiyan, Nima Karbasizadeh, Mahdi Tale Masouleh *, Ahmad Kalhor Pages 31-40
    In this paper, a method is proposed which allows computing the position of the end-effector base on neural networks approach by considering external forces applied to the end-effector. As in under-constrained robots kinematics and statics are intrinsically coupled together, and they simultaneously should be considered, the forward kinematic problem of the robot converts to an optimization problem. Solving the optimization problem is time consuming and not suitable for practical purposes. So, in order to solve the forward kinematics problem a SimMechanics model base on the robots geometry and dynamic designed and presented. By means of this method, the forward kinematic problem is solved offline and used online. Moreover, an analysis of workspace is performed which reveals that the solution of the forward kinematic problem of the under-constrained cable robots can be calculated uniquely. By means of neural network method A position control is performed and the proposed method is validated. The comparison of operated and desired path is shown for a helical trajectory. Maximum error in the assumed workspace is 0.4 percent. Finally the proposed method was implemented experimentally and the results confirm the efficiency of the foregoing method.
    Keywords: Cable Driven Parallel Robots, Under-Constrained Robots, Forward Kinematics, neural networks, Kinematic Control
  • Hami Tourajizadeh *, Vahid Boomeri Pages 41-50
    In this paper, design, modeling and control of a grip-based planar climbing robot is performed which is consist of a triangular plate and three actuating legs. This robot is extremely applicable for many applications in which a human operator should climb through a truss infrastructure and implement some manipulations on the relevant installations. The proposed robot in this paper can be substituted and decrease the death danger and increase the safety of operation. In this paper however, a grip-based climbing robot is designed which is able to perform manipulating tasks. Overall kinematics and kinetics of the robot is modeled and its manipulation is controlled using Feedback Linearization for operational phase. All of the modeling are verified by conducting some analytic simulation scenarios in the MATLAB and the results are also compared with the results of the robot which is modeled and simulated in ADAMS software to investigate the correctness of modeling and simulations. It is shown that by the aid of the proposed and designed climbing robot, it is possible to climb and perform a complete operational task through trusses and infrastructures with the best status of safety and accuracy.
    Keywords: Climbing Robot, Manipulator, Hybrid Robot, Modeling, Feedback Linearization Control
  • Masih Fathi, Maryam Malekzadeh Varnosfadrani * Pages 51-60
    this paper discussed and introduced a new path-planning algorithm, based on improved potential field and Lyapunov guidance vector field. According to the requirements of the unmanned aerial vehicle for tracking and avoidance obstacle mission, a real-time method is proposed by combining the Lyapunov guidance vector field and improved potential flow field, eventually, the proposed method used for coordinated tracking and obstacle avoidance application. The features of this newly introduced algorithm are real-time, fast computing and obstacle avoidance capability which causes the algorithm to perform well in complex environments and applications like coordinated tracking of unmanned aerial vehicles. Improved potential flow field (IPFF) primarily provides avoidance obstacle feature and Lyapunov guidance vector field provides tracking feature for this newly introduced algorithm. To achieve the mission of tracking the target and avoid the obstacle at the same time, the guidance vector field by LGVF is taken as the original vector field of IPFF. The results prove that the new hybrid and combined method are applicable to complex environments and complex application like coordinate tracking of moving target can be used in real-time applications.
    Keywords: Lyapunov Guidance Vector Field, Improved Potential Flow Field, Unmanned Aerial Vehicle, Tracking
  • S.Hossein Sadati *, Javad Masrour, Null Null Pages 61-70
    Aircraft flexibility causes problems and difficulties which this problems even might endanger health and safety of the aircraft. This phenomena changes dynamic response of aircraft to surface control and gust. Also it has diverse effect on flight quality and handling. then considering flexibility effects on dynamics response of aircraft is significant which requires that coupled dynamic and viberational equations of aircraft. In this paper, dynamics of a wide body aircraft has been developed on base of a six degree of freedom model witch includes two rigid and four flexible degree of freedom. Quasi steady aerodynamics has been used to describe interaction between solid and fluid. The characteristics of this model enhance perdition of dynamic response to gust and other external disturbances because of its development of elastic modes. the characteristics of this external disturbances causes more flexible modes to be exited and strain energy ratio in general dynamics of aircraft increases. In this simulation different parameters like stiffness ,gust length and its profile has been studied and a comparison between different length gust has been done .
    Keywords: Gust effects, flexible aircraft, Aeroelasticity
  • Hossein Vaghefpour, Hadi Arvin *, Yaghoob Tadi Bani Pages 71-80
    In this paper, feedback control algorithms to tracking a desired path of a piezoelectric size dependent cantilever nanobeam as a nano-actuator are developed. In size dependent piezoelectric nanobeam, the governing Partial Differential Equation (PDE) of motion is obtained based on the non-classical continuum mechanics which introduces material length scale parameters. Nonlinear formulation of isotropic piezoelectric Euler-Bernoulli nanobeam is derived based on consistent size-dependent piezoelectricity theory. By considering geometrically nonlinear and axial displacement of the centroid of nanobeam section, basic nonlinear equations are obtained by Hamilton’s principle and variational approach. In order to reduce the governing partial differential equations into a set of ordinary differential equations (ODEs) the Galerkin method is applied. By introducing the new set of variables the state space model of nanobeam is derived. The control algorithms are employed to achieve an output tracking control based on the state space model of the nanobeam, for the supply voltage as a control input. The effectiveness of the proposed control algorithms and input voltage are illustrated by some numerical simulations.
    Keywords: Piezoelectric nanobeam, Scale flexoelectric theory, feedback control, fuzzy control
  • Kazem Majidi Mozafari, Mohammad Hosseini *, Forud Mohammadi Pages 81-90

    In this paper, ‌free vibration analysis of the rotating thin-walled composite beams with embedded shape memory alloy (SMA) wires is represented. Pre-strained SMA wires are embedded in the middle of the cross section of thin-wall composite beam, symmetrically. The one-dimensional thermo-mechanical constitutive law suggested by Liang-Rogers is applied to model the thermomechanical behavior of SMA wires. The differential governing equations are extracted by using the extended Hamilton’s principle based on first-order shear deformation theory. By heating the thin-walled beam, strain recovery operation will produce a tensile force along the longitudinal thin-walled beam. In order to solve the governing equations, the extended Galerkin method (EGM) is used. The result investigated the effect of rotational speed, recoverable strain limit, pre-twist angle, number of SMA wire and temperature difference on the natural frequency in temperature above the austenite finish are illustrated. It is found that the natural frequencies of rotating thin-walled beam increase as the number of SMA wires and compressive pre-strained SMA wires increases. In addition, results are in good agreement with those obtained in the literature.

    Keywords: Free vibration analysis, shape memory alloy (SMA), rotating thin-walled beams, Martensite fraction
  • Seyed Ali Asghar Hosseini *, A. Tamadon, Mahdi Zamanian Pages 91-100
    Vibrations of a continuous rotor with uniform circular cross section supported by two tilting-pad journal bearings (TPJB) at both ends are analyzed. Since the shaft is slender, shear deformation is neglected, but, gyroscopic effect is considered (Rayleigh beam theory). In addition, geometric nonlinearity due to large deformation of the rotor is considered. Based on short bearing assumption, an analytical model of a TPJB with laminar and turbulence flow has been derived. Galerkin method is applied to discretize differential equations of motion. On mode (the first mode) is used for discretization. By solving discrete rotor-bearing system equations, the response is obtained. For further investigation, responses of rotor-bearing system in different situations are presented. Comparing the responses of the linear and nonlinear rotor with two TPJB at both ends shows that the nonlinear rotor has less amplitude than linear rotor and nonlinear rotor is closer to reality. In addition, nonlinear model has a larger natural frequency in comparison to the linear rotor. Using turbulence flow makes the bearing stiffer and have less amplitude than laminar flow. Reducing viscosity of lubricant leads to increase of amplitude of response and shows that higher viscosity make the bearing stiffer.
    Keywords: Nonlinear vibrations, Continuous rotor, Tilting-pad journal bearing, Rayleigh beam theory, Short bearing assumption
  • Mousa Rezaee *, Vahid Shaterian Alghalandis Pages 100-110
    The multimodal free vibration of a beam with a breathing crack excited by arbitrary initial conditions is investigated. Taking the initial conditions to be arbitrary makes more than one mode of the beam to be excited simultaneously. By considering the bending moment at the crack position, a multi-harmonic function describing the instantaneous opening and closing of the crack is extracted. Since the modal stiffnesses of the beam are dependent on the crack parameters, the extracted crack breathing function will appear in the equations of motion and makes them to be coupled. These equations are solved using the perturbation method. Then, the free response of the beam is extracted under three cases of initial conditions: excitation of the first mode, simultaneous excitation of the first and second modes, and simultaneous excitation of the first three modes. The results show that by exciting the first mode solely, the harmonic components of the response offer very limited information about the crack, however, by exciting the first several modes simultaneously, many other harmonic components appears at the frequency response curves which are more sensitive to the crack and contain more comprehensive information about the crack parameters.
    Keywords: Beam with a fatigue crack, Multimode free damped vibration, Perturbation method, Frequency analysis
  • Saber Salehi, Omid Rahmani *, S. Amirhosein Hoseini Pages 111-120
    In this paper, free and forced vibration of viscoelastic nanoplate on the Pasternak viscoelastic foundation will be studied. In this study, due to the inability of classical theories to describe the behavior of nano-dimensional structures, the non-classical modified couple stress theory has been used for express the size effect. By using the Galerkin semi-analytic method, free vibrations analysis for six different boundary conditions are discussed; also, forced vibration of rectangular viscoelastic nanoplate is studied by using the Navier method for simply supported boundary condition. Kelvin-Voigt model are used to simulate the behavior of viscoelastic nanoplate. In the results analysis section, the effect of small-scale factor, structural viscoelastic coefficient, linear elastic coefficient of foundation, external damping coefficient of foundation and shear coefficient of foundation on the natural frequency, maximum dynamic deflection and resonance phenomenon are presented. The obtained results show that considering length scale parameter leads to increasing the natural frequency of nanoplate and occurring the resonance phenomena in the higher frequencies. On the other hand linear elastic and shear coefficients of foundation result in occurring the resonance in the lower frequencies.
    Keywords: Forced vibration, resonance phenomenon, Modified Couple Stress Theory, Kelvin-Voigt Model, Galerkin method
  • Ali Orang, Mojtaba Haghighi Yazdi *, Sadegh Naserkhaki, Saeed Reza Mehrpour Pages 121-130

    In this paper, nonlinear finite element modeling has been presented to conduct a parametric study of disc properties on biomechanical behavior of lumbar spine. This model includes vertebra (cancellous bone and cortical bone), disc (nucleus, annulus fibrosus, and collagen fibers), end plates, and ligaments. Medical image processing software package of Mimics (Materialise Inc., Leuven, Belgium) has been used in the current study to create a more realistic geometrical model of lumber spine. HyperMesh software (Altair, Troy, MI, USA) has then been employed to provide a better meshing of different parts of lumbar spine. Following applying loads and boundary conditions to the model, finite element analysis has been conducted in ABAQUS (ABAQUS Inc., Providence, RI, USA). Experimental tests available in literature indicate that lumbar spine shows a nonlinear mechanical behavior; hence, to consider this nonlinear behavior in this work, ligaments and annulus fibers have been modeled as nonlinear springs. The obtained results of the current study, which include intradiscal pressure and intervertebral rotation, have been compared with previous experimental as well as numerical data. The results of this work show that increasing of hyperelastic material constants of disc leads to decreasing of disc intervertebral rotation for each case study considered.

    Keywords: Lumbar spine, Finite element model, Intervertebral rotation
  • Mojtaba Hosseini, Ali Hatami, Samira Payan * Pages 131-140
    This study consider the impact of transient flow around an annular fin on the development of thermal stress and strain. The finite volume method was used to solve the flow equations and the finite element method to solve the thermal stress equations in the solid. The fin thermal stress results were solved for two general cases with and without flow around the fin. Moreover, two scenarios were considered for the case with the flow. First, the fin was analysed in free flow and then, to be more practical, the problem of flow around one fin among a group of fins was considered. The free flow results were compared to the case with no flow. The investigations are suggestive that the thermal stresses developing in the fin are initially similar in the two cases . Furthermore, the results show that the maximum tangential stress takes place at the same location in the two cases but it is exacerbated. In addition, the tangential is not symmetrical in the case with the flow and the maximum stress, although at the base of the fin, is located in the flow front. Moreover, in the case with the flow, the two-dimensional temperature distribution results in a considerable asymmetrical thermal strain and consequently, asymmetrical thermal stress none of which are observed in the case with no flow. A careful analysis of the flow around the fin shows radial temperature distribution information to be insufficient to determine the maximum effective stress.
    Keywords: finite element method, Finite volume method, Thermal stress, strain, Free Flow around an annular fin, Flow around the bank of annular fins
  • Davoud Shahgholian Ghahfarokhi, Milad Aghaei Ruzbahani, Gholam Hosein Rahimi * Pages 141-150

    Due to unique properties, grid-stiffened composite plates are used extensively in aviation, marine and automotive industry. In recent decades, several studies are done to predict the critical buckling load of grid-stiffened composite plates without breakdown or failure. One of the most important non-destructive methods, is Vibration Correlation Technique (VCT). The aim of this research is the prediction of the critical buckling load of grid-stiffened composite plates using VCT. For this purpose, nonlinear vibration analysis of grid-stiffened composite plates are firstly performed in different compressive loads using finite element software ABAQUS. In the next step, critical buckling load of grid stiffened composite cylinder shells is predicted using VCT. To validate the results of VCT, three grid-stiffened composite plates are fabricated using filament winding and hand lay-up method with same conditions and was placed under axial compression test. Finally, the critical buckling load is measured experimentally. The results show that the difference between the critical buckling load of VCT with experimental buckling load is less than 5%. This subject implies that VCT is suitable for prediction of critical buckling load of grid-stiffened composite plates with very high accuracy.

    Keywords: Grid-stiffened composite plates, Vibration correlation technique, Buckling, Fabrication, Numerical Analysis
  • Habib Ramezannejad Azarboni *, Hemad Keshavarzpour, Mohammad Rahimzadeh Pages 151-160
    In this article, a nonlinear elastic Bernoulli–Euler beam model is presented to investigate the chaotic behavior and primary and superharminic resonance of single walled carbon nanotubes embedded in a visco-elastic medium at an elevated temperature. Using the Galerkin method and fourth-order Runge-Kutta method the governing equation is solved. The bifurcation diagram and largest Lyapunov exponent are employed to detect the critical amplitude of external force of periodic and chaotic response of single walled carbon. Having known the critical values, phase portrait and Poincare maps are presented to observe the periodic and chaotic behavior of the system. Moreover, the amplitude–frequency response for the primary superharmonic resonance of system is derived with the multiple scale method to investigate the feasibility of jump phenomenon. The sensitivity of jump phenomenon are studied for the selected viscoelastic foundation parameters, detuning parameter and external amplitude load. The results show that the amplitude of external force, viscoelastic foundation parameters, detuning parameter and temperature change in the cases of high and low temperature have a significant effect on the frequency response with jump phenomenon of system. In addition, the chaotic vibration of CNT can be controlled by changing of amplitude of external force.
    Keywords: Carbon Nanotube, chaos, bifurcation diagram, jump phenomena, superharmonic resonance
  • Mohsen Teimouri, Masood Asgari * Pages 161-170
    Topology optimization of structures, seeking the best distribution of mass in the design space to improve the performance and weight of a structure, is one of the most comprehensive issues raised in the field of structural optimization. In addition to the structure stiffness as the most common objective function, frequency optimization is of great importance in industries achieved by maximizing the fundamental frequency or the gap between two consecutive eigenfrequencies. The phenomenon of multiple frequencies, mesh dependency of topology responses, checkerboarding, geometric symmetry constraint, and occurrence of artificial localized vibration modes in low density regions are the most important challenges faced by the designer in stiffness and frequency optimization problems which influence the manufacturability of the design too. In this paper, BESO method is applied for a frequency and stiffness problem separately via creating a software package including a Matlab code and Abaqus FE solver. Also, in this paper the effect of geometric symmetry constraint is considered on resulted topologies from stiffness and frequency problems. So the BESO method is applied for modeling a 2D beam and its stiffness and frequency optimization and finally the optimization results of both objective functions will be compared with initial structure.
    Keywords: Topology optimization, Evolutionary algorithms, BESO, Frequency optimization
  • Seyed Saied Kazemi, Milad Homayoun Fard, Seyed Mahdi Ganjiani *, Nasser Soltani Pages 171-180
    In this research, the evolution of ductile damage and strain-induced martensitic transformation of AISI 304 stainless steel have been obtained from experimental tests at first. Each test contains two stages. The first stage is the tensile testing of floating test piece in liquid nitrogen and the second is performing XRD to obtain the phase of the test piece. First of all, the tensile tests have been performed for a verity of elongation on the AISI 304 stainless steel test pieces at cryogenic temperature. Therefore, the cryogenic chamber has been designed and crafted. So, the graph of force-deformation has been achieved. Then, this test pieces have been tested with XRD and the available phases and the volume fraction of martensite for the variety of elongation, has been obtained from this test. Numerical simulation has been performed by the implementing the UMAT code in ABAQUS. In the simulation, the properties achieved from experimental tests are employed. The numerical simulation has two separated sections: damage-plastic and martensitic phase transformation. . In this research, by considering the experimental test data, the final model has been calibrated in monotonic tensile loading and the coefficients has been obtained.
    Keywords: Cryogenic Temperature, Ductile Damage, Strain-Induced Martensitic Transformation, Tensile Test, Numerical Analysis