فهرست مطالب

  • سال نهم شماره 4 (زمستان 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/10/01
  • تعداد عناوین: 12
|
  • سینا صباغی فرشی، داود اکبری* صفحات 1-14
    تداخل سنجی لیزری برشی یا برش نگاری یکی از روش های نوین بازرسی غیر مخرب است که در تشخیص و تخمین اندازه عیوب زیر سطحی کاربرد دارد. در این پژوهش روش جدیدی برای تخمین اندازه عیوب صفحه ای در قطعات با این روش ارائه شده است. به منظور صحت سنجی و مقایسه روش ارائه شده با روش های مرسوم و مطالعه اثر عمق عیب و اندازه برش بر دقت اندازه گیری، عیوب صفحه ای با اندازه و عمق های مختلف و با پارامتر اندازه برش متفاوت آزموده شدند. اندازه عیوب در شرایط مختلف تعیین شده و خطای پیش بینی اندازه عیب در هر مورد به دست آمد. همچنین شبیه سازی اجزای محدود به منظور بررسی تاثیر میزان بارگذاری بر دقت تخمین اندازه عیوب مورداستفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد روش ارائه شده قادر به پیش بینی اندازه عیب با دقت بیشتری نسبت به روش مرسوم می باشد. همچنین تاثیر نسبت اندازه برش و اندازه عیب بر خطای تخمین در روش ارائه شده کمتر بوده و بیشترین دقت پیش بینی اندازه عیب زمانی حاصل می شود که اندازه برش برابر با اندازه عیب باشد. نتایج حاصل از شبیه سازی المان محدود نشان داد در روش ارائه شده برخلاف روش مرسوم، افزایش زمان بارگذاری بر دقت تخمین اندازه عیب بی تاثیر بوده و پارامترهای اندازه گیری آن به میزان بارگذاری بستگی ندارد.
    کلیدواژگان: تداخل سنجی لیزری برشی، روش المان محدود، اندازه برش، اندازه عیب
  • عبدالمجید خوشنود، سینا حیدری صومعه*، محمدرضا حسین نامی صفحات 15-26
    استخراج معادلات حرکت ربات های فضایی چند بازویی با توجه به تعداد درجات آزادی بالا به امری مشکل بدل می گردد. لذا به دست آوردن روشی ساده که با کاهش حجم محاسبات و بنابراین افزایش سرعت محاسبات حین شبیه سازی دینامیکی بتواند این سیستم های پیچیده را مدل سازی کند امری ضروری است. در این مقاله، الگوریتمی جهت تشکیل معادلات حرکت یک ربات فضایی با تعداد دلخواهی بازو که هر بازو متشکل از تعدادی لینک دلخواه است، با استفاده از معادلات لاگرانژ بر حسب شبه مختصات به دست آمده است. جهت استخراج معادلات حرکت، ابتدا معادلات حرکت با استفاده از فرمولاسیون لاگرانژ بر حسب شبه مختصات بیان شده است. در ادامه با استفاده از روابط سینماتیکی بازگشتی به محاسبه ی ترم های مشتقات جزئی موجود در معادلات حرکت پرداخته شده است. در نهایت یک ربات دو بازویی که هر بازو متشکل از دو لینک با مفاصل دورانی سه درجه آزادی است با استفاده از الگوریتم بازگشتی معرفی شده در این مقاله مدل سازی و در نزم افزار متلب شبیه سازی شده است. سپس نتایج شبیه سازی با نمودارهای حاصل از نرم افزار آدامز مقایسه گردیده. صحت الگوریتم ذکر شده با توجه به تطابق نمودارها اثبات گردیده است.
    کلیدواژگان: ربات فضایی چند بازویی، معادلات حرکت، الگوریتم بازگشتی، شبه مختصات، معادلات لاگرانژ
  • امیدرضا احمدزاده، حامد غفاری راد*، محمد زارعی نژاد صفحات 27-39
    در این پژوهش به بررسی فرآیند تعیین جرم به کمک تحلیل پاسخ فرکانسی عملگرهای پیزوالکتریک پرداخته شده است. برای تقویت خاصیت عملگری، کاهش اثرات غیرخطی و کوپلینگ ارتعاشات، از عملگرهای پیزوالکتریک دو لایه استفاده شده است. برای این منظور، ابتدا تئوری تعیین جرم توسط تحلیل پاسخ فرکانسی عملگرهای پیزوالکتریک خمشی، مورد بررسی قرار گرفته است. سپس معادله دینامیک حاکم بر رفتار عملگرهای دو لایه پیزو استخراج و پاسخ فرکانسی سیستم در حالت آزاد مورد تحلیل قرار گرفته است. در ادامه، اثر افزدون جرم بر پاسخ فرکانسی عملگر دولایه و نحوه استخراج مقدار جرم، بصورت تحلیلی ارائه گردیده است. در نهایت، نتایج شبیه سازی توسط آزمایش های تجربی صحه گذاری شده است. نتایج حاصل شده نشان می دهد اگر جرم های اندازه گیری شده در مرتبه میلی گرم در بازه 01/0 تا 2/0 جرم عملگر باشد، اندازه گیری دارای خطای تقریبی کمتر از 13 درصد بوده و می توان از این عملگرها با دقت مناسبی برای اندازه گیری جرم استفاده نمود.
    کلیدواژگان: پیزوالکتریک، عملگر خمشی، پاسخ فرکانسی، تعیین جرم
  • سعید نظامیوند چگینی*، محمد باقر سلیم زاده کاکرودی، احمد باقری صفحات 41-57
    در این مقاله، یک روش ترکیبی هوشمند جدید برای شناسایی عیب یاتاقان در شرایط سرعت متغیر با زمان پیشنهاد شده است. سیگنال های ارتعاشی در دو حالت سالم و رینگ داخلی معیوب در سرعت متغیر با زمان جمع آوری شده اند. در این مطالعه، از تکنیک تجزیه مود تجربی کلی و روش اثر جوهانسون برای استخراج روابط هم انباشته از داده های ارتعاشی استفاده شده است. سپس، با بکارگیری روش تبدیل بسته ای موجک و ویژگی های آماری در حوزه زمان، ماتریس ویژگی متناظر با روابط هم انباشتگی محاسبه شده است. در مرحله بعد، از روش ارزیابی جبران فاصله برای انتخاب ویژگی های اولیه استفاده شده است. از ویژگی های منتخب اولیه به عنوان ورودی طبقه بندی کننده ماشین بردار پشتیبان برای پیش بینی وضعیت یاتاقان استفاده شده است. در نهایت، پارامترهای بهینه ماشین بردار پشتیبان و مجموعه ویژگی های بهینه به کمک الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات باینری تعیین شده اند. نتایج به دست آمده نشان می دهند که مجموعه ویژگی های بهینه به خوبی قادر به تفکیک وضعیت های مختلف یاتاقان در سرعت متغیر می باشند. مقایسه نتایج این مقاله با دیگر روش های عیب یابی، دلالت بر توانمندی روش پیشنهادی دارد.
    کلیدواژگان: عیب یابی یاتاقان، شرایط کاری متغیر با زمان، هم انباشتگی، استخراج ویژگی، انتخاب ویژگی
  • سید مازیار مرعشی، محمد هادی پاشایی*، محمدمهدی خطیبی صفحات 59-76
    در اغلب روش های پایش سلامت پل، تعداد زیادی حسگر ارتعاشی بر روی سازه نصب می شوند که این امر معمولا هزینه بر و زمان بر است. اخیرا روش هایی پیشنهاد شده است که از پاسخ ارتعاشی وسیله نقلیه عبوری به منظور دستیابی به پارامترهای مودال پل بهره می برند. در این مقاله، به کمک محاسبه نسبت انتقال پذیری پاسخ وسیله نقلیه، به شناسایی غیرمستقیم آسیب در پل پرداخته شده است. از آنجا که داده برداری توسط شتاب سنج نصب شده بر روی محور وسیله نقلیه انجام می گیرد؛ وسیله نقلیه می تواند بدون توقف از روی پل عبور کند و اندازه گیری شتاب، درحال حرکت صورت می گیرد. از دیگر مزایای این روش، عدم وابستگی به خصوصیات نیروی تحریک است در حالی که در اغلب روش ها، فرض نویز سفید برای نیروی تحریک وجود دارد. به منظور شبیه سازی، پل به صورت المان محدود و وسیله نقلیه به صورت دو سیستم دو درجه آزادی جرم-فنر-دمپر مدل شده است. با حل هم زمان مدل پل-وسیله نقلیه، پاسخ وسیله نقلیه محاسبه و شکل مود پل استخراج شده است. در ادامه با درنظر گرفتن آسیب در پل و حل مجدد، شکل مود جدید محاسبه و با بکارگیری شاخص تغییر انحنای شکل مود، موقعیت آسیب شناسایی شده است. بررسی ها نشان می دهند که روش پیشنهادی قادر است مکان آسیب را با دقت قابل قبولی در حضور نویز شناسایی نماید.
    کلیدواژگان: پایش سلامت پل، شناسایی غیرمستقیم آسیب، نسبت انتقال پذیری، انحنای شکل مود
  • مصطفی سیاح بادخور، علیرضا نداف اسکوئی*، خداداد واحدی صفحات 77-92
    نفوذ پرتابه در اهداف ترکیبی یکی از موضوع های مهم و اساسی در علم مکانیک است. نفوذ پرتابه در این مقاله در سه بخش بررسی شده است. بخش اول مربوط به مدل های نفوذ در فلزها، بخش دوم مربوط به مدل های نفوذ با اعداد بی بعد و بخش سوم مربوط به نفوذ در سرامیک ها است. در بخش اول علاوه بر مرور مدل های تحلیلی نفوذ، دسته بندی و خلاصه آنها نیز بیان شده است. مدل ها شامل معادله پانسلت، تئوری هیدرودینامیک، تئوری هیدرودینامیک اصلاح شده، رچت-ایپسون، تیت-الکسویسکی، انبساط حفره، راوید- بادنر، والکر-اندرسون، و مدل های شبیه سازی هست. فرضیه های مدل ها کاملا مشخص شده و داده هایی از پیش بینی مدل ها در مقایسه با داده های تجربی بدست آمده است. این فرضیه ها شامل نفوذ جسم صلب، نفوذ سایشی، نفوذ پایدار و انتقالی و نفوذ کامل است. در بخش دوم مدل های بی بعد برای نفوذ پرتابه و در بخش سوم، مدل های تحلیلی نفوذ در اهداف ترکیبی سرامیک - فلز موردبررسی قرارگرفته است. در این مقاله، مدل های بنیادی مربوط به نفوذ پرتابه در اهداف فلزی و سرامیکی دسته بندی شده است. ضمنا، تحلیل کامل و دقیقی برای این مدل ها نیز بیان شده است
    کلیدواژگان: مدل تحلیلی نفوذ، نفوذ در فلز، نفوذ در سرامیک، مدل تجربی نفوذ، مدل اعداد بی بعد نفوذ
  • محمدرضا موحدی*، سیدحجت هاشمی صفحات 93-106

    ناحیه جوش لوله فولادی API X70 به دلیل نواقص ذاتی، می تواند منطقه مستعد جهت شروع و رشد ترک و نهایتا آسیب سازه باشد. در تحقیق حاضر رفتار مکانیکی درز جوش مارپیچ لوله API X70 در سه ناحیه (فلز پایه، ناحیه متاثر از حرارت و فلز جوش) با استفاده از نمونه های آزمون کشش تک محوری و خمش سه نقطه ای بررسی شد. برای تعیین خواص کششی فولاد سه نمونه تخت ماشین کاری شده از هر ناحیه استفاده شد. همچنین یک نمونه خمش سه نقطه ای با شیار اولیه در هر سه ناحیه آزمایش شد. با ترسیم نمودار نیرو-جابجایی مقادیر ویژه نیرو (تسلیم، حداکثر و شکست) و انرژی متناظر با این مقادیر (انرژی شروع و گسترش ترک) بررسی و نتایج به لحاظ ارتباط با ریز ساختار هر ناحیه تحلیل شد. همچنین بوسیله یک رابطه تحلیلی بر اساس میدان خطوط لغزش، تنش تسلیم ماده با استفاده از نمونه خمش سه نقطه ای برای هر سه ناحیه تعیین و با نتایج آزمون کشش تک محوری مقایسه شد. از آزمون کشش مقادیر میانگین تنش تسلیم برای سه ناحیه فلز پایه، ناحیه متاثر از حرارت و فلز جوش به ترتیب 560، 514 و 507 مگاپاسکال و از آزمون خمش سه نقطه ای به ترتیب 604، 582 و 575 مگاپاسکال بدست آمد.

    کلیدواژگان: لوله فولادی انتقال گاز، فولاد API X70، آزمون خمش سه نقطه ای، درز جوش مارپیچ، انرژی شکست استاتیکی
  • مجید سعیدیها*، اردشیر کرمی محمدی صفحات 107-116

    لوله های حاوی جریان سیال مستعد نشان دادن رفتارهای دینامیکی پیچیده ای هستند. در این مقاله، رفتار دینامیکی لوله دو سر لولای حاوی جریان سیال که خواص مواد آن به صورت تابعی در راستای ضخامت تغییر می کند، مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. تغییرات مدول یانگ در راستای ضخامت و بر اساس قانون توانی فرض شده و معادلات ارتعاشاتی با استفاده از تئوری تیر اویلر برنولی بدست آمده است. معادله دیفرانسیل پارهای، با استفاده از روش گالرکین به معادله دیفرانسیل معمولی تبدیل شده است. فرکانس های طبیعی برای لوله دو سر مفصل به ازای پارامتر های بی بعد بدست آمده و با نتایج لوله همگن مقایسه شده و تاثیر تقویت تدریجی در راستای ضخامت مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین مقادیر سرعت بحرانی جریان سیال که موجب ناپایداری حرکت لوله می گردد، برای پارامتر جرمی مشخص و توزیع های مختلف مدول یانگ بدست آمده اند. با افزایش مدول یانگ از داخل به خارج لوله، فرکانس های طبیعی سیستم افزایش یافته و ناپایداری در سرعت های بی بعد بالاتری اتفاق می افتد.

    کلیدواژگان: لوله حاوی جریان سیال، تغییر ماده به صورت تدریجی، فرکانس های طبیعی، سرعت بحرانی سیال، ناپایداری
  • محمدرضا محبوبی فولادی، پوریا اکبرزاده* صفحات 117-136

    در این مقاله به شبیه سازی عددی پدیده انتقال حرارت جابجایی طبیعی پایا و ناپایای نانوسیال در فضای بین حلقه های هم مرکز و غیر هم مرکز پرشده از یک ماده متخلخل پرداخته شده است. معادلات حاکم بر جریان سیال شامل معادلات بقای جرم، ممنتوم و انرژی به کمک روش عددی تفاضل محدود گسسته و در حل آنها از روش ضمنی جهت متغیر (ADI) و روش فوق تخفیفی (SOR) استفاده شده است. در پژوهش حاضر به بررسی اثرات عدد رایلی، کسر حجمی نانوسیال (در محدوده 0 تا 4 درصد)، عدد دارسی، ضریب تخلخل محیط متخلخل و نسبت خروج از مرکز دو حلقه بر مقدار عدد ناسلت متوسط، عدد ناسلت محلی، خطوط جریان و خطوط هم دما و تغییرات آنها با زمان پرداخته شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی نشان می دهد که با افزایش عدد رایلی، ضریب تخلخل و کسر حجمی نانوذرات، میزان انتقال حرارت افزایش می یابد. کاهش عدد دارسی باعث کاهش نفوذپذیری محیط متخلخل شده و در نتیجه انتقال حرارت کاهش می یابد. در شرایط ناپایا با افزایش دامنه نوسان دمای دیواره داخلی (به دلیل افزایش گرادیان دمایی بین دو دیواره)، دامنه تغییرات عدد ناسلت متوسط نیز افزایش می یابد. همچنین نتایج شبیه سازی نشان می دهد فرکانس تغییرات عدد ناسلت متوسط بر فرکانس تغییرات دمایی دیواره داخلی منطبق خواهد بود.

    کلیدواژگان: انتقال حرارت جابجایی طبیعی ناپایا، نانوذره، عدد دارسی، عدد رایلی، نسبت خروج از مرکز
  • ولی الله غفاری*، غلامرضا جمالی، وحید میگلی، مجتبی میرزایی صفحات 137-150

    یک سیستم کنترل مد لغزشی-تناسبی-مشتقی PD-SMC برای ردیابی مسیر حرکت بازوی ربات دو درجه آزادی دارای عدم قطعیت، در این مطالعه ارائه شده است. در حضور عدم قطعیت و تغییر پارامترهای یک سیستم غیرخطی، کنترل مد لغزشی SMC، روش مقاومی می باشد. با به کارگیری روش کنترل تناسبی-مشتقی PD، سیستم حلقه بسته دارای پاسخ سریع و محدوده پایداری نیز افزایش می یابد. بنابراین در قانون PD-SMC، از ویژگی های دو نوع کنترل SMC و PD استفاده می شود. با بهره گیری از تئوری پایداری لیاپانف، پایداری سیستم کنترل حلقه بسته، با قانون PD-SMC، نشان داده خواهد شد. دیده می شود اگر بهره های قانون PD-SMC در یک نامساوی ماتریسی صدق کنند آن گاه با استفاده از قانون PD-SMC، دینامیک بازوی ربات دو درجه آزادی پایدار مجانبی می گردد. در نتیجه، خطای ردیابی و مشتق های مرتبه اول و دوم آن به صفر همگرا خواهد شد. برای ارزیابی سیستم کنترل طراحی شده، ابتدا با روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک، یک مساله مینیمم یابی حل شده و پارامترهای قانون PD-SMC تنظیم می شود. سپس این قانون کنترل در یک ربات دو درجه آزادی استفاده شده است. نتایج شبیه سازی های انجام شده، کارآمدی و مقاوم بودن روش کنترل طراحی شده را در مقایسه با سایر روش ها نشان می دهد.

    کلیدواژگان: کنترل تناسبی- مشتقی، کنترل مد لغزشی، تحلیل پایداری، کنترل بازوی ربات
  • علی ملکی*، علی احمدی، حسین طالبی قادیکلایی صفحات 151-166
    در این پژوهش، شکل دهی ورق فولادی با استفاده از پرتو لیزر برای ایجاد خم V شکل مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی نتایج بیانگر این موضوع می باشد که افزایش توان در محدوده گرادیان دمایی موجب افزایش زاویه خم می شود. سرعت اسکن، قطر پرتو و ضخامت ورق، عوامل موثر بر زاویه خم شناخته شدند که افزایش مقادیر آن ها موجب کاهش زاویه خم می گردد. در شکل دهی فولاد A-131 به منظور دستیابی به خم V شکل، قطر پرتو به عنوان اثرگذارترین عامل در تعیین زاویه خم شناخته شد. علاوه بر پارامترهای اصلی، اثر تعاملی توان- ضخامت ورق، سرعت اسکن- ضخامت ورق، قطر پرتو- ضخامت ورق و همچنین، اثر تعاملی سرعت اسکن- قطر پرتو بر زاویه خم، از جمله پارامترهای موثر بر شکل دهی فولاد A-131 به کمک پرتو لیزر، شناخته شده اند. همچنین، ماکزیمم اختلاف بین نتایج مدل سازی و زاویه خم پیش بینی شده توسط رابطه ارائه شده در این پژوهش، 5/6% است که بیانگر دقت مناسب نتایج می باشد. همچنین روشی بر مبنای انتروپی به منظور پیش بینی روند افزایشی و کاهشی زاویه خم ارائه گردید. مطابق با نتایج، انتروپی قابلیت پیش بینی اثر توان لیزر، قطر پرتو و سرعت اسکن بر زاویه خم را خواهد داشت.
    کلیدواژگان: شکل دهی با لیزر، فولاد استحکام بالا، زاویه خم، آنتروپی
  • رضا همتی، مصطفی طالبی توتی* صفحات 167-180
    در این تحقیق، به کمک روش تفاضل مربعات (DQM) به تحلیل ارتعاشات آزاد پوسته کوپل مخروطی- مخروطی ساندویچی پرداخته شده است. هندسه پوسته مخروطی بررسی شده در این تحقیق به صورت ناقص می باشد. هسته ساندویچ پنل، چهار نوع ماده مختلف پلی اتراترکتون (PEEK)، پلی کربنات (PC)، پلی پروپیلن جامد (SPP) و فوم پلی آمید با چگالی بالا (HDPF) و لایه های داخلی و خارجی از جنس آلومینیوم در نظر شده است. مدل سازی ریاضی به کمک تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول (FSDT) پوسته انجام و معادلات حرکت به کمک روش همیلتون استخراج شده است. معادلات حرکت حاکم بر ارتعاشات پوسته، معادلات مربوط به شرایط مرزی در دوسر و معادلات مربوط به شرط پیوستگی در محل اتصال دو پوسته، به کمک روش DQ گسسته سازی شده و رابطه مسئله مقدار ویژه و در نتیجه آن، فرکانس طبیعی محاسبه شده است. اثر تغییر طول، ضخامت، زاویه راس مخروط، جنس هسته و همچنین اثر شرایط مرزی مختلف بر روی فرکانس طبیعی بررسی گردیده است. به منظور اعتبارسنجی، مقایسه ای میان نتایج بدست آمده و نتایج موجود در ادبیات تحقیق و همچنین نرم افزار آباکوس (Abaqus) صورت گرفته است.
    کلیدواژگان: پوسته کوپل مخروطی-مخروطی، ساندویچ پنل، روش تفاضل مربعات، تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول، فرکانس طبیعی
|
  • S. Sabbaghi Farshi, D. Akbari * Pages 1-14
    Laser shear interferometry or shearography is one of the novel NDE methods that is used to inspect and estimate the size of subsurface defects. In this research, a new method for estimating the size of plane defects was presented. In order to verify and compare the proposed method with conventional methods and studying the effect of defect depth and shear size on the accuracy of the measurements, different plane defects were tested. The size of the defects was measured in different conditions and the estimation error was reached in each case. Also, Finite element simulation was used to study the effect of loading time estimation error. The results showed that the proposed method was able to predict the defect more accurately than the conventional method. Also, the effect of shear size and defect size on the estimation error is less in the presented method and the lowest estimation error is obtained when the shear size is equal to the size of the defect. The results of the finite element simulation showed that in the proposed method, unlike the conventional method, increasing loading time does not affect the accuracy of estimation and its measurement parameters do not depend on the loading time.
    Keywords: laser shear interferometry, FEM, Shear size, Defect size
  • Abdol M. Khoshnood, S. Heidari *, M.H. Nami Pages 15-26
    According to high degrees of freedom of multiple-arm space manipulators, it is cumbersome to exploit equations of motion of such systems. In this paper, an algorithm is provided by using Lagrange equations in terms of quasi-coordinates to construct equations of motion of a space robot with multiple arms which each arm has an arbitrary number of links. Lack of constructing kinematic energy, lack of calculating partial derivatives and being a recursive algorithm resulted in diminished volume of calculations. To exploit equations of motion, first equations of motion have been expressed by Lagrange formulation in terms of quasi-coordinates. Then the calculation of partial derivative terms has been done by using recursive kinematic equations. At the end a dual arm robot, which each arm has two links with three degrees of freedom spherical joints, has been modeled by the recursive algorithm presented in this paper and simulated by MATLAB. Then, the results of simulation have been compared by line graphs conducted by ADAMS. Authenticity of the aforementioned algorithm has been proved by correspondence of attained figures.
    Keywords: Multiple-arm space manipulator, equations of motion, recursive algorithm, quasi-coordinates, Lagrange equations
  • O.R. Ahmadzadeh, H. Ghafarirad *, M. Zareinejad Pages 27-39
    In this study, mass detection by frequency reponse analysis of piezoelectric actuators has been investigated. Bimorph piezoelectric actuators have been applied to increase the actuation force and decrease the nonlinear effects and vibrational coupling. In this regard, the theory of mass detection was investigates by analyzing the frequency response of piezoelectric actuators. For this purpose, first, the dynamic equation of bimorph piezoelectric actuators was calculated. Then, the natural frequency response of actuator without any added mass was analyzed. In addition, the effect of added mass on the frequency response and its behavior analysis were investigated to find the amount of mass. Finally, experiments were carried out to confirm the validity of the simulation results. The results reveals that if the measured masses, in the milligram order, are in the range of 0.01 to 0.2 times of the actuator mass, the measument’s error is less than 13%, therefore, this setup has appropriate accuracy.
    Keywords: Piezoelectric, Bending Actuator, Frequency Response, Mass Detection
  • S. Nezamivand Chegini *, M. B. Salimzadeh Kakroudi, A. Bagheri Pages 41-57
    In this paper, a new hybrid intelligent method is suggested for the bearing fault detection at time – varying speed conditions. The vibration signals have been collected for two states as healthy bearing and defected inner race under variable speeds. In this study, the ensemble empirical mode decomposition (EEMD) technique and Johanson trace method are utilized for extracting the co-integration relationships from the vibration data. Then, the feature matrix corresponding to the co-integration relationships is calculated using the wavelet packet decomposition (WPD) method, and the time -domain statistical features. In the next stage,the compensation distance evaluation technique (CDET) has been used to determine the preselected feature subsets. The preselected features are utilized as input data of the support vector machine (SVM) to predict the bearing state. Finally, The optimal SVM parameters and the optimal feature subsets are determined using the binary particle swarm optimization (BPSO) algorithm. The obtained results demonstrate that the optimal features are well able to differentiate between different bearing states at time-varying speeds. Comparing the results of this article with other fault detection methods indicates the ability of the proposed method.
    Keywords: Bearing Fault Detection, Time- Varying Working Conditions, Co-integration, Feature extraction, Feature Selection
  • Seyed M. Marashi, M. H. Pashaei *, M.M. Khatibi Pages 59-76
    In most of the bridge health monitoring techniques based on vibration, a large number of sensors are installed on the structure which may be costly and time-consuming. Recently, some methods have been proposed in which the response of a passing vehicle is utilized in order to achieve the modal properties of the bridge. In this paper, transmissibility measurement of the vehicle response is dedicated to detect the bridge damage indirectly. Since the data is transmitted by accelerometers embedded on the axles of the vehicle, the vehicle is passing over the bridge without stopping and accelerometer is recording without interruption. As another advantage of the method is that the white noise assumption in not necessary for the excitation signal unlike the other related methods. Here, the bridge is modeled by finite element and vehicle is assumed to be two 2DOF systems of mass-spring-damper. By solving the vehicle-bridge interaction equations, the vehicle response is obtained in order to estimate the intact mode shape. Afterwards, a damage is considered in the brdige and the change in mode shape curvature are used for damage localization. Numerical investigations reveal that the proposed method can localize the damage by acceptable accuracy in the presence of noise.
    Keywords: Bridge Health Monitoring, Indirect Damage Detection, Transmissibility, Mode Shape Curvature
  • M. Sayahbadkhor, A.R. Naddaf Oskouei *, Kh. Vahedi Pages 77-92
    Penetration of projectile in the combined targets is one of the most important issues in mechanics. In this article, penetration of projectile evaluation in three parts. The first part is related to models of penetration into metals, the second part is related to models of penetration by the dimensionless and the third part is related to penetration into ceramics. In the first section, in addition to reviewing analytical models of penetration, their categorization and summary are also have been stated. The models include the Poncelet Equation, the Hydrodynamic Theory, Modified Hydrodynamic Theory, Recht-Ipson, Tate - Alekseevskii, Cavity Expansion, Ravid-Bodner, Walker-Anderson, and simulation models. Model assumptions are fully determined and some data has been obtained from model predictions in comparison to empirical data. These assumptions contained rigid body penetration, abrasive penetration, sustained and transitional penetration, and full penetration. The second and third parts are investigated dimensionless models of penetration and penetration into ceramic – metal combined targets, respectively. In this article, basic models of projectile penetration in metal and ceramic targets were categorized. Also, precision analysis of these models was done.
    Keywords: analytical model of penetration, penetration into metal, penetration into ceramic, experimental model of penetration, dimensionless model of penetration
  • M. R. Movahedi *, Sayyed H. Hahsemi Pages 93-106

    The welded zone of API X70 steel pipe, due to the inherent defects of welding, is a potential area for initiation and propagation of cracks which can eventually lead to damage of the structure. In this research, mechanical behavior of spiral seam weld was evaluated in API X70 pipe steel in three zones (base metal, HAZ and weld metal) using uniaxial tensile and three point bend (3PB) experiments. Three tensile specimens were used in each zone for measurement of mechanical properties. For studying the mechanical behaviour of the pipe, one specimen with 3PB geometry was tested for each zone. Specific values including yield, peak and final load for 3PB specimen were determined from load-displacement plots. The associated energy for each load plus initiation and propagation energies were calculated and the results were analyzed in relation to microstructure in each zone. With an analytical equation based on slip-line field analysis, yield strength was determined with 3PB specimen in each zone and compared with the result of uniaxial tensile experiment. From uniaxial tensile experiment, yield strength levels of 560, 514 and 507 MPa were found for base metal, HAZ and weld metal respectively and from 3PB experiment 604, 582, 575 MPa respectively. Keywords: Pipe line steel; API X70; Three point bending test; Spiral seam weld; Static fracture energy.

    Keywords: Pipe line steel, API X70, Three point bending test, Spiral seam weld, Static fracture energy
  • M. Saeidiha *, A. Karami Mohammadi Pages 107-116

    The pipes conveying fluid are capable of displaying complex dynamical behaviors. In this paper, the dynamic behavior of a simply supported fluid-conveying pipe made of functionally graded material in thickness direction, is analysed. The Young Modulus are assumed to be graded along the thickness direction according to a simple power law and equations of motion of the Euler–Bernoulli beam are derived. The partial differential equation is discretized to ordinary differential equations by the Galerkin method. The natural frequencies are obtained for different dimensionless parameters and compared with a homogenious pipe conveying fluid, and the effect of gradually changed material has been studied. Dimensionless critical flow velocities which couse instability are obtained for particular mass parameter and different distribution of Young Modulus. The results show that by increasing Young Modulus from inner to outer surface of pipe, the natural frequencies of system increase and instability is occurred in higher critical velocities

    Keywords: pipes conveying fluid, Functionally graded material, Natural frequencies, critical flow velocity, instability
  • M. R. Mahboubi Fooladi, P. Akbarzadeh * Pages 117-136

    This paper is devoted to numerical simulation of steady and unsteady natural heat transfer convection of nanofluids in an eccentric porous annulus. Governing equations including mass, momentum, and energy conservation are discretized by means of finite difference methods and they are solved by Alternating Direction Implicit (ADI) method and Successive over Relaxation (SOR) method. In the present study, the effect of Rayleigh number, nanoparticle volume fraction (in the range of 0 to 4 percent), Darcy number, porosity coefficient, and eccentricity ratio on average Nusselt number, local Nusselt number, streamlines, and isothermal lines are investigated. The results show that by increasing Rayleigh number, the porosity coefficient, and the nanoparticle volume fraction, the heat transfer rate increases. Reducing the Darcy number reduces the permeability of the porous medium and therefore reduces the heat transfer. In unsteady conditions, by increasing the amplitude of the inner wall temperature fluctuation, (due to the increase of the temperature gradient between the two walls), the average Nusselt number increases, and the frequency of the variation of the average Nusselt number is consistent with the inner wall temperature variation frequency.

    Keywords: Unsteady natural heat transfer convection, Nanoparticles, Darcy number, Rayleigh number, Eccentricity ratio
  • V. Ghaffari *, Gh.R. Jamali, V. Meigoli, M. Mirzaei Pages 137-150

    A proportional-derivative sliding-mode control (PD-SMC) scheme is addressed for tracking problem of a two-degree of freedom robot manipulator. The sliding-mode control (SMC) may be a robust method in presence of parameters change and system uncertainties. In a typical control problem, the proportional-derivative (PD) control law provides a fast response while the stability of the closed loop system is increased. Hence a two degree of freedom robot manuplator is considered. Then the asymptotic stability of closed loop system with the PD-SMC policy would be shown by using of the well-known Lyapunov stability theory. As a result of this paper, the asymptotic stability criteria would be checked in term of some simple matrix inequalities. Having satisfaction of such matrix inequalities in the tracking problem of the robot manipulator, the tracking error and its derivative would be converged to zero. In order to compare the results with the other control approaches, the controller parameters are firstly tuned in an optimization way via the genetic algorithm (GA) method. Then some numerical examples are provided to show the effectiveness and robustness of the PD-SMC in comparing with the existing methods.

    Keywords: PD control, Sliding-mode control, Stability analysis, Robotic manipulator control
  • Ali Maleki *, Ali Ahmadi, Hossein Talebi, Ghadikolaei Pages 151-166
    In this study, laser forming of steel was investigated in order to create V-Shape bend. The result shows, Increases in laser power within the temperature gradient range, lead to higher bending angle. Scan velocity, beam diameter, and thickness of the sheet metal were known as effective factors on bending angle. Increases in value of mentioned parameters caused lower bending angle. Also, the beam diameter is the most effective parameter in determination of the bending angle to form A-131 steel into V shape product. In addition to main factors, the interaction effect of power-thickness, scan velocity-thickness, beam diameter-thickness, and scan velocity-beam diameter were considered as effective parameters in forming of A-131 by using laser beam. Also, maximum difference between result of FE model and regression equation was 6.5 %. This indicates the appropriate accuracy of the proposed model. Also in this study, a new method was developed based on the entropy generation for prediction of the increasing and decreasing trend of bending angle. According to the result, entropy generation method is capable to predict the effect of laser power, beam diameter, and scan velocity.
    Keywords: Laser forming, High strength steel, Bending angle, Entropy
  • R. Hemmati, M. Talebitooti * Pages 167-180
    In this paper, free vibration of the joined sandwich conical-conical shell is investigated by using differential quadrature method (DQM). It is assumed that the conical shell is truncated. The core of sandwich conical-conical shell is made from the four different types of materials such as Polyether ether ketone (PEEK), Polycarbonate (PC), Solid polypropylene (SPP) and high density polyimide foam (HDPF), and Aluminum is supposed for material of inner and outer skin layers. The first-order shear deformation shell theory (FSDT) is adopted to formulate the theoretical model and governing equations of motion are derivated by Hamilton’s principle. The governing equations of motion, the boundary conditions of the two ends of the shell and the continuity conditions at the interface section of shell segments, are discretized by means of the DQM. Then, eigenvalue problem, and, consequently natural frequencies are achieved. The effects of thickness, length of the shell, cone angle, material of the core and boundary conditions on natural frequencies are investigated. To verify the accuracy of this method, comparisons of the present results with results available in the open literature and Abaqus software are performed.
    Keywords: Joined conical-conical shell, Sandwich panel, Differential Quadrature Method, First-order shear deformation shell theory, Natural frequency