فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و دوم شماره 8 (آبان 1399)

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و دوم شماره 8 (آبان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/07/13
  • تعداد عناوین: 20
|
  • مجید شهروی*، محمد رضاصفت صفحات 1-10
    بالاترین توزیع خرابی های گزارش شده در خطوط راه آهن وابسته به سوزن ها است. علل اصلی این خرابی ها را می توان در: نیروهای تماس چرخ-ریل بالا، خزش در تیغه سوزن به علت تغییرات در پروفیل ریل و عدم پیوستگی در پروفیل ریل درگذر از ریل بال و نیشدلی که سبب نیروی های برخورد شدید می شود، جستجو کرد. در این مقاله روشی برای محاسبه عمر خستگی در نیشدلی سوزن ارایه شده است. ابتدا مدلی دینامیک در مسیر کامل سوزن شامل پانل سوییچ و تقاطع شبیه سازی شده است. به منظور بررسی دقیق تر نیشدلی سوزن به دلیل بحرانی بودن این نقطه از خط، نتایج نیروهای حاصل از مدل دینامیک به مدلی استاتیک با جزییات بیشتر انتقال داده شده است. سپس نتایج تنش و کرنش استخراج شده تا یک تحلیل خستگی برای یافتن عمر و صفحه جوانه زنی ترک خستگی تماس غلتشی، روی نیشدلی سوزن ارایه شود. با توجه به اهمیت مقوله خستگی و لزوم بررسی تاثیر متغیرهای مختلف بر میزان عمر خستگی، مطالعه پارامتریک با در نظرگیری متغیرهایی نظیر سرعت سیر، وزن واگن، ضریب اصطکاک و نوع سوزن انجام شده است. نتایج بیانگر عمرهای جوانه زنی ترک کمتر در سوزن های UIC60 و قوس ها با شعاع بیشتر است. نیروهای تماس کمتری در سوزن های UIC60 نسبت به U33 مشاهده شده است، همچنین با بالا رفتن ضریب اصطکاک عمر خستگی به طور محسوسی کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: تقاطع سوزن، خستگی تماس غلتشی، شبیه سازی عددی، پیش بینی عمر، جوانه زنی ترک
  • غلامحسین رحیمی*، یاور عنانی، محمد مهدی معماریان، شهرام حسینی چالشتری صفحات 11-20

    در این مقاله رفتار لاستیک های ناهمگن مدرج تابعی با تغییر شکل های بزرگ و تحت بارگذاری خمشی و با فرض ماده هایپرالاستیک تراکم ناپذیر مدل سازی شده است. برای مدل کردن رفتار غیر خطی ماده از تیوری هایپرالاستیسیته و توابع انرژی کرنشی که تابعی از نامتغیرهای تانسور تغییر شکل چپ کوشی- گرین هستند، استفاده می شود. برای اینکه بتوان توابع انرژی موجود را برای مواد ناهمگن مدرج تابعی بکار برد، باید در آنها تغییراتی صورت گیرد. بنابراین برای تغییر دادن و تصحیح کردن ثوابت مربوط به توابع انرژی ذکر شده؛ با توجه به ناهمگن بودن ماده مدرج تابعی، این ثابت ها به صورت توانی و در راستای شعاع انحناء پس از خمش، فرض شده و در نظر گرفته می شوند. در این مقاله، مدل سازی رفتار هایپرالاستیک لاستیک های ناهمگن مدرج تابعی تحت بارگذاری خمشی و استخراج روابط تنش کوشی حاکم بر سطح مقطع، ناشی از این بارگذاری صورت گرفته است. برای مدل سازی از تابع انرژی مونی-ریولین تعمیم یافته استفاده شده و تغییر خواص در راستای شعاعی در نظر گرفته شده و تغییرات ناهمگنی نیز بررسی و ارایه می گردد. از مهمترین نتایج بدست آمده از تحقیق حاضر می توان به، فرض توانی بودن ثابت های تابع انرژی کرنشی جهت مدلسازی رفتار ماده در روش تحلیلی، که این فرض رفتار ماده را به خوبی مدل کرده است، اشاره کرد. همچنین مدل سازی ماده مدرج تابعی غیر همگن به صورت لایه لایه ای در نرم افزار اجزاء محدود مدل شده است، که این روش به خوبی رفتار ماده را توصیف کرده و با نتایج تحلیلی همپوشانی خوبی دارد.

    کلیدواژگان: ماده هایپرالاستیک، تراکم ناپذیر، رفتارخمشی مقطع مستطیلی، مواد ناهمگن مدرج تابعی
  • علی نگهبان*، احسان براتی، عبدالعلی مراثی، نادر وحدت آزاد صفحات 21-30
    نورد حلقه یک فرآیند شکل دهی فلزات است که برای آهنگری قطعات حلقوی شکل با ابعاد دقیق و بدون درز به کار می‏رود. به دلیل خصوصیات منحصر به فرد حلقه های تولید شده به این روش کاربرد آن ها در صنایع پیشرفته زیاد است. علاوه بر مزایای عدم وجود مواد اضافی و زوایای ناخواسته، مهم ترین مزیت تولید حلقه با این روش جریان یکنواخت ماده در حلقه پس از انجام فرایند می باشد. نورد سوپر آلیاژها لزوم کارکرد دستگاه را در دمای بالا اجتناب ناپذیر می کند و این امر سبب آسیب به غلتک های نورد می شود. از سوی دیگر جهت جلوگیری از تغییر ناگهانی دمای سطحی و ایجاد پدیده سرد شدن ناگهانی در حلقه داغ، معمولا دمای کاری غلتک ها بالا برده می شود. به طور کلی این امر باعث کاهش استحکام غلتک ها می شود. در این پژوهش تاثیر دماهای مختلف کاری غلتک و خنک کاری بر روی تنش های ترمومکانیکی در غلتک های نورد حلقه بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که تنش های ترمومکانیکی ایجاد شده در غلتک ها کاملا با یکدیگر متفاوت است. در غلتک اصلی تنش های مکانیکی اثر بیشتری بر روی تنش ترمومکانیکی دارند اما در مندرل به دلیل سطح تماس بیشتر با حلقه داغ، تنش های حرارتی عامل تعیین کننده اندازه تنش های ترمومکانیکی در آن است. تاثیر خنک کاری بر روی تنش های ترمومکانیکی در غلتک اصلی ناچیز و در مندرل قابل توجه است. همچنین مشخص می شود که خنک کاری باعث افزایش دامنه تنش های معادل و کاهش تنش متوسط در غلتک ها می شود.
    کلیدواژگان: نورد حلقه، خنک کاری، تنش ترمومکانیکی، کد اسکریپت، آباکوس
  • علی عباس نیا*، عباس روحانی، محمد جعفری صفحات 31-40
    در این مقاله سعی می شود تا به کمک روش رگرسیون خطی چندگانه، رابطه ی صریحی جهت تخمین ضریب تمرکز تنش صفحات حاوی بریدگی بیضوی، بر حسب خواص مکانیکی و زاویه ی چرخش گشودگی ارایه گردد. ابتدا ضریب تمرکز تنش برای تعداد بیشماری از کامپوزیت ها به کمک روش حل تحلیلی بر پایه ی روش متغیر مختلط و با استفاده از مقادیر مختلف خواص مکانیکی کامپوزیت ها محاسبه شد؛ به کمک داده های بدست آمده و با استفاده از روش رگرسیون خطی چندگانه رابطه ی صریحی برای تخمین ضریب تمرکز تنش در صفحات نامحدود کامپوزیتی حاوی گشودگی بیضوی تحت بار کششی ارایه گردید. توجه به اینکه عوامل متعددی بر تمرکز تنش اطراف گشودگی اثر گذار می باشد؛ حایز اهمیت است. ازاین رو با انتخاب صحیح این پارامترها می توان به میزان قابل توجهی تمرکز تنش را کاهش داد و باعث افزایش استحکام سازه شد. از جمله این عوامل می توان به زاویه ی چرخش گشودگی اشاره کرد که در این مقاله بررسی می گردد. رابطه ی ارایه شده علاوه بر سهولت استفاده، با حذف محاسبات سخت و پیچیده ی حل تحلیلی، در زمان صرفه جویی کرده و این امکان را برای طراح فراهم می آورد تا بتواند پارامترهای مدنظر جهت دست یابی به تنش مطلوب را بدست آورد. نتایج نشان داد که مدل رگرسیونی قادر به تخمین ضریب تمرکز تنش با خطای کمتر از یک درصد است.
    کلیدواژگان: ضریب تمرکز تنش، بریدگی بیضوی، رگرسیون خطی چندگانه، زاویه ی چرخش گشودگی، روش متغیر مختلط
  • عطیه اندخشیده*، ستار مالکی، علیرضا سیفی صفحات 41-50
    خطوط لوله فلزی عمدتا در شرایط بهره برداری دچار خوردگی و آسیب می شوند که تعویض کامل بخش های آسیب دیده و یا جوشکاری موضعی آن ها گاها به لحاظ عملیاتی و یا اقتصادی امکان پذیر نبوده، از این رو، برای رفع خوردگی و آسیب های عملکردی ایجاد شده در خطوط لوله های فلزی، از روش تقویت موضعی با استفاده از کامپوزیت ها به عنوان یکی از راهکارهای کارآمد و مقرون به صرفه بهره گرفته می شود. اتصال لایه کامپوزیتی به زیرلایه فلزی در این روش، یکی از مهمترین پارامترهای طراحی می باشد. لذا استخراج پارامترهای مهم در محل اتصال، کمک شایانی به مهندسان در طراحی و پیشبینی زمان شروع و توسعه ترک بین لایه ای در فصل مشترک لایه کامپوزیتی به زیرلایه فلزی نموده است. از این رو، برای بررسی مود دوم شکست در این روش، به محاسبه ی تجربی و عددی نرخ رهاسازی انرژی کرنشی برشی بین لایه ای در اتصال فولاد/کامپوزیت پرداخته شده است. بر اساس استاندارد تجربی محاسبه نرخ انرژی کرنش مود دوم شکست ASTM-D7905، برای سه نمونه خمشی انتها ترک دار متقارن و نامتقارن آزمون تجربی انجام گرفته و رابطه ای برای محاسبه ضخامت هر جنس جهت داشتن نمونه های متقارن ارایه گردیده است. جهت اعتبار سنجی رابطه محاسبه ضخامت از مدل سازی اجزای محدود نمونه های خمشی انتها ترک دار ناهمجنس به روش بستن مجازی ترک، استفاده گردیده که نتایج آن با نتایج آزمایش تطابق خوبی نشان داده است. مقایسه نتایج تجربی حاصل شده در نمودار های نیرو- جابه جایی نمونه های متقارن و نامتقارن در حین رشد ترک، نشان داد که نرخ رهایی انرژی کرنشی مود دوم شکست نمونه های متقارن بیشتر از نمونه های نامتقارن و حدود 1.6 برابر آن است.
    کلیدواژگان: رشد ترک، مود دوم شکست، نرخ رهایی انرژی کرنشی، روش بستن ترک مجازی، نمونه خمشی انتها ترک ناهم جنس
  • علیرضا شاطرزاده*، محمد جعفری، سجاد مهدوی صفحات 51-60
    بهینه سازی در طراحی و نگهداری بسیاری از سیستم های مهندسی، اقتصادی و حتی اجتماعی به منظور حداقل کردن هزینه لازم و یا حداکثر کردن سود کاربرد دارد. در تحلیل کمانش صفحات کامپوزیت هیبریدی حاوی گشودگی، هندسه گشودگی، زاویه الیاف، نسبت اندازه گشودگی به اندازه صفحه، نرمینگی گوشه های گشودگی و زاویه چرخش گشودگی از جمله پارامترهای تاثیرگذار بر کمانش هستند. از این رو در این تحقیق سعی شده تا با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک، پارامترهای بهینه جهت دستیابی به حداکثر مقدار دمای بحرانی کمانش صفحات کامپوزیت هیبریدی حاوی گشودگی های چندضلعی در شرایط مرزی مختلف و آرایش متفاوت لایه ها، که تحت افزایش دمای یکنواخت هستند، معرفی شود. گشودگی های مورد نظر در این مطالعه، دایره، پنج ضلعی و شش ضلعی می باشد. روش حل به کار رفته در تحلیل این تحقیق، اجزای محدود مبتنی بر روش انرژی می باشد. هم چنین تیوری به کار رفته در مطالعه حاضر، تیوری تغییر شکل برشی مرتبه اول می باشد. نتایج ارایه شده در این باره نشان می دهد که با انتخاب شکل مناسب گشودگی و انتخاب بهینه پارامترهای موثر بر کمانش می توان مقاومت صفحه را در برابر کمانش حرارتی افزایش داد. هم چنین مشخص شد که آرایش لایه ها و شرایط مرزی، تاثیر قابل توجهی بر دمای بحرانی کمانش یک صفحه کامپوزیت هیبریدی حاوی گشودگی دارند.
    کلیدواژگان: کمانش حرارتی، روش اجزای محدود، بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک، صفحه کامپوزیت
  • کاوه عباسی*، هژیر احساسی صفحات 61-70
    اتصالات تداخلی به صورت گسترده در صنعت برای ایجاد اتصالی محکم مورد استفاده قرار می گیرند. این اتصالات با حذف اتصالاتی همچون خارها باعث کوچک شدن و زیبا شدن اتصالات و حذف عیوبی همچون تمرکز تنش شده اند. این اتصالات در معرض بارهای استاتیکی و دینامیکی، همواره پاسخگوی نیازهای طراحی هستند. امروزه این اتصالات کاربردهای مهندسی فراوانی پیدا کرده اند. اتصالات تداخلی همواره با عیوبی همراه هستند و البته متاثر از پارامترهایی هستند که بر کارکرد آنها اثر مستقیم دارند؛ به عنوان نمونه در هر اتصالی سطح تماس اجزا ایده آل و استوانه ای کامل نیست و انحراف وجود دارد. این پارامترها از این جهت حایز اهمیت هستند که تغییراتشان بر روی کارآیی و استحکام اتصالات تداخلی تاثیر می گذارد. از جمله پارامترهای موثر بر استحکام اتصالات تداخلی ضریب اصطکاک، زبری، خواص مواد، ابعاد فیزیکی و نامنظمی های هندسی سطح های در تماس را می توان بیان نمود. در این پژوهش با تغییر قطر و مقدار تداخل و در نتیجه آن، فشار در سطح تداخل، اثر این پارامترها بر استحکام اتصال و ضریب اصطکاک در سطح تداخل مورد بررسی قرار گرفته است. برای استخراج ضریب اصطکاک از ترکیب نتایج تجربی و المان محدود استفاده شد. روش های بررسی آماری فاکتوریل مورد استفاده قرار گرفت و اثرات فشار و قطر بر ضریب اصطکاک و استحکام اتصال مورد بررسی قرار گرفت. . نتایج حاصل نشان داد که رابطه قطر با ضریب اصطکاک در سطح تداخل اتصالات تداخلی معکوس است و افزایش تداخل و متعاقب آن فشار، باعث افزایش ضریب اصطکاک خواهد شد.
    کلیدواژگان: اتصال تداخلی، ضریب اصطکاک، میزان تداخل، فشار، مدل سازی اجزا محدود
  • یوسف طراز جمشیدی*، علی پورکمالی انارکی، مجتبی صدیقی، جواد کدخداپور، سید محمدحسین میرباقری، بهناز اخوان صفحات 71-80

    مواد متخلخل به ویژه فوم های فلزی از جمله مواد نوین با کاربرد جذب انرژی و نسبت استحکام به وزن بالا اند. در مقاله حاضر رفتار شبه استاتیکی فشار محوری نمونه های فوم آلومینیومی تابعی سلول بسته و تیوب های پرشده از فوم به صورت عددی و تجربی مورد تحلیل قرار می گیرد. برای ایجاد مدل عددی نمونه های تابعی، لایه های مختلف مکعبی فوم آلومینیومی با چگالی ها و تنش های تسلیم متفاوت روی یکدیگر جانمایی شده است. انواع نمونه ها عبارتند از تابعی دو و سه لایه و نیز فوم غیر تابعی تک لایه به صورت درون تیوب و بدون آن. برای صحه گذاری و کالیبراسیون مدل عددی و نیز تخمین خواص غیرخطی و سخت شوندگی فوم از تست های استاندارد فشار محوری با نمونه های مکعبی استفاده شده است. به منظور ارتقای استحکام و جذب انرژی از یک طرف و قابلیت ساخت سفارشی سازه از طرف دیگر، نمونه های فوم آلپوراس داخل تیوب های آلومینیومی با مقطع مربعی جانمایی شده اند. در مدلسازی هندسی ریزساختار تصادفی فوم فلزی از دیاگرام ورونویی سه بعدی استفاده شده است. به علاوه در مدلسازی هندسی، سلول واحدی مبتنی بر سلول کلوین ارایه گردیده است. برای افزایش کارایی حل و ایجاد سهولت در مدلسازی و اصلاح آن، رویکرد ترکیبی اجزای محدود و دیاگرام ورونویی به کمک قابلیت ماکرونویسی پایتون، در نرم افزار آباکوس 2017 پیاده سازی شده است. نهایتا با کالیبراسیون مدل عددی، تطابق مناسبی میان نتایج تحلیل عددی و تست های تجربی مشاهده شده است.

    کلیدواژگان: تیوب پرشده از فوم، فوم سلول بسته آلپوراس، دیاگرام ورونویی، ریزساختار، روش اجزای محدود
  • شهروز یوسف زاده، محمد کشفی*، پرویز کحال، عباس انصاری اصل صفحات 81-90
    باگاس نیشکر یکی از فراوان ترین انواع الیاف طبیعی است که می توان در ساخت کامپوزیت ها از آن استفاده نمود. ازآنجاکه باگاس یکی از پسماندهای کارخانه های نیشکر است، استفاده از آن در منطقه خوزستان به دلیل فراوانی می تواند نه تنها صرفه اقتصادی به دنبال داشته باشد بلکه می توان به عنوان ماده ای سازگار با محیط زیست از آن بهره برد. در این پژوهش خواص مکانیکی و میکروساختار کامپوزیت تولید شده از الیاف باگاس نیشکر و پلیمر پلی پروپیلن به روش قالب گیری تزریقی به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. الیاف باگاس مورد استفاده در نمونه ها به صورت پودر خشک و در چهار سطح 10، 40،30 و 50 درصد وزنی به عنوان فاز تقویت کننده به پلی پروپیلن اضافه شدند. جهت بررسی خواص مکانیکی، آزمایش کشش و مقاومت در برابر ضربه بر روی نمونه ها با رعایت تکرارپذیری صورت گرفت. نتایج نشان داد که 40 درصد وزنی باگاس بهترین استحکام را در ترکیب با پلی پروپیلن به همراه دارد. همچنین، افزودن باگاس بیش از 30 درصد وزنی منجر به کاهش محسوس مقاومت به ضربه و کرنش شکست نمونه ها می گردد. با مقایسه و بررسی آزمایش میکرو ساختاری از سطح شکست نمونه های دارای 40 و 50 درصد وزنی باگاس مشاهده شد که سازوکار خرابی کامپوزیت از شکست به بیرون کشیدگی الیاف تغییر کرده است. این موضوع منجر به افزایش استحکام نمونه دارای 40 در صد وزنی نسبت به 50 درصد وزنی باگاس شده است.
    کلیدواژگان: الیاف طبیعی، باگاس نیشکر، پلی پروپیلن، خواص مکانیکی، قالب گیری تزریقی
  • مژده خادم باشی، حمید معین فرد* صفحات 91-100
    میکرومحرکهای پیچشی در کاربردهای متعددی از جمله سوییچهای نوری، تصویربرداری زیست پزشکی و نورشناسی مورد استفاده قرار میگیرند. میرایی لایه هوای فشرده یکی از مکانیزمهای اتلاف انرژی در این میکرومحرکها می باشد. این میرایی، یک عامل کلیدی در تعیین عملکرد دینامیکی سیستم های میکروالکترومکانیکی میباشد و به همین دلیل، به طور گسترده مورد توجه محققان قرار گرفته است. هدف از این مقاله نیز، مدل سازی میرایی لایه هوای فشرده در میکرومحرک های پیچشی دو محوره با درنظر گرفتن اثر خمشی تیرهای نگهدارنده می باشد. بدین منظور ابتدا معادله رینولدز حاکم بر رفتار هوا حبس شده در زیر میکرومحرک نوشته و سپس با توجه به شرایط مسئله و صرف نظر از اثرات اینرسی هوا در مقایسه با اثرات لزجت، معادله رینولدز، ساده سازی شده است. معادله حاصل پس از بی بعدسازی، با استفاده از روش گسترش یافته‏ی کانتروویچ، حل شده و توزیع فشار هوای فشرده بدست آمدهاست. از توزیع فشار حاصله به منظور محاسبه نیرو و گشتاور میرایی لایه هوای فشرده استفاده شده است. در ادامه، تاثیر پارامترهای طراحی میکرومحرک دو محوره روی گشتاورهای میرایی بررسی شد و برای تحلیل دقیق‏تر اثر این پارامترها برروی گشتاورها و نیروی بابعد نیز مورد مطالعه قرار گرفت. از نتایج این مقاله می توان به خوبی برای مدل سازی دقیق دینامیک و کنترل میکرومحرکهای پیچشی استفاده کرد.
    کلیدواژگان: میکرومحرک پیچشی، میرایی لایه فشرده، خمش تیرهای نگهدارنده، روش گسترش یافته ‏ی کانتروویچ
  • غلامعلی ورزندیان، سیما ضیایی*، مهرداد فرید، عباس نیک نژاد صفحات 101-110
    در این تحقیق رفتار ارتعاش بعد از کمانش یک نانوورق گرافن دولایه تحت بار حرارتی بررسی شده است. بدین منظور، نانوورق گرافن به صورت یک ورق اورتوتروپیک غیرکلاسیک مدل شده است که در آن اثر مقیاس کوچک لحاظ شده است. فرمول بندی مساله بر اساس تیوری ورق کیرشهف انجام شده که فرضیات غیرخطی فون کارمن در روابط کرنش - جابجایی در نظر گرفته شده است و از تیوری الاستیسیته غیر محلی ایرینگن برای اعمال اثر اندازه بهره گرفته شده است. اثرات حرارتی، نیروهای واندروالس بین لایه ای و کایرالیتی نیز در نظر گرفته شده و خواص مواد وابسته به دما فرض شده است. به کمک روش مقیاس های زمانی چندگانه یک پاسخ نیمه تحلیلی بدست آمده است. اثر تغییر مقیاس کوچک بر فرکانس های طبیعی، جابجایی و منحنی پاسخ بررسی و نتایج عددی با استفاده از مدل نانوورق غیرمحلی استخراج شده است. نتایج عددی با نتایج تحقیقات مشابه مقایسه شده است. تاثیر پارامترهای مختلف بر ارتعاشات بعد از کمانش نانوورق گرافن دولایه در محیط حرارتی از جمله پارامتر مقیاس، ابعاد، و بار حرارتی ارایه شده است. پایداری مودهای ارتعاشی حول یک وضعیت کمانشی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که پارامتر مقیاس و تغییر دما نقش مهمی در رفتار ارتعاش غیرخطی نانوساختارهای کمانش کرده دارند.
    کلیدواژگان: نانوورق گرافن دولایه، بعد از کمانش حرارتی، مدل ورق غیرمحلی، روش مقیاس های زمانی چندگانه
  • مصطفی لیوانی*، کرامت ملک زاده فرد صفحات 111-120
    در این پژوهش، ارتعاشات آزاد پنل های ساندویچی دوانحنایه با ضخامت متغیر با استفاده از تیوری مرتبه بالای جدید مطالعه می شود. برای اولین بار، بدلیل در نظر گرفتن شعاع های انحنای متفاوت برای رویه ها، ضخامت هسته متغیر و تابعی از مختصات درون صفحه ای (x,y) می باشد. بعلاوه، در مدل جدید ارایه شده در این پژوهش، شرایط پیوستگی تنش برشی عرضی، تنش نرمال عرضی و گرادیان تنش نرمال عرضی در فصل مشترک رویه ها با هسته، هم چنین شرایط صفر بودن تنش-های برشی عرضی روی سطوح خارجی رویه ها ارضا می شود. معادلات بر مبنای تیوری مرتبه بالای پنل های ساندویچی ارتقا یافته استخراج گردید، بطوری که تابعی مرتبه دوم برای مولفه عرضی جابجایی رویه ها و تابعی درجه سه برای مولفه های جابجایی درون صفحه ای رویه ها و همهمولفه های جابجایی هسته در نظر گرفته شد. معادلات حاکم و شرایط مرزی بر مبنای اصل همیلتون بدست آمدند. اثرات لایه چینی های مختلف، نسبت طول به عرض پنل، تغییر خواص مواد رویه ها، نسبت ضخامت های رویه ها و جنس های مختلف مواد رویه ها روی ارتعاشات آزاد پنل های ساندویچی دوانحنایه با ضخامت متغیر بررسی شد. نتایج حاصل از تیوری حاضر با نتایج موجود در مراجع اعتبارسنجی شده است.
    کلیدواژگان: پنل های ساندویچی دوانحنایه، تئوری مرتبه بالا، ضخامت متغیر، ارتعاش آزاد، اصل همیلتون
  • فرزانه برادران، پیمان مصدق*، رضا تیکنی صفحات 121-130

    چرخ توییل گونه ی جدیدی از چرخ های بدون باد می باشد که در حال گذراندن مراحل تحقیقاتی به منظور جایگزینی تایرهای خودرو می باشد. در این تحقیق هدف شبیه سازی چرخ از ابتدای حرکت تا رسیدن به سرعت 60 کیلومتر بر ساعت و بررسی ارتعاشات و تاثیر انحنا و سرعت بر مقدار آن می باشد. میزان انحنای پره بر روی ارتعاش پره و در نتیجه ارتعاش چرخ تاثیرگذار است. به همین منظور علاوه بر چرخ مرجع که پره های آن دارای انحنای 5 میلی متر می باشد، دو مدل پره ی دیگر با انحناهای 4 و 6 میلی متر طراحی گردیده و نشان داده شد که با تغییر در انحنای پره ها دامنه ی ارتعاش پره ها و فرکانس های ارتعاشی آن ها به شدت تغییر می کنند. یکی از معایب این نوع چرخ ها، ارتعاشات و ایجاد سر و صدای زیاد در سرعت های بالاتر از 80 کیلومتر بر ساعت می باشد. بدین منظور چرخ با سرعت 100 کیلومتر بر ساعت به دوران درآمد. در سرعت های بالاتر از 70 کیلومتر بر ساعت مشاهده شد که پره های چرخ به شدت ارتعاش کردند به گونه ای که فرکانس ارتعاش پره ها با فرکانس طبیعی آن ها یکسان شده و پدیده ی تشدید رخ داد. نتیجه ی نهایی این می باشد که چرخ طراحی شده برای استفاده در وسایل نقلیه با سرعت حرکت پایین تر از 70 کیلومتر بر ساعت مناسب هستند.

    کلیدواژگان: چرخ بدون باد، توییل، ارتعاش، تحلیل اجزای محدود
  • موسی رضایی*، ناصر شرفخانی، محمدتقی شروانی تبار صفحات 131-140

    در این تحقیق ارتعاشات غیرخطی میکروتیر یک سر گیردار تحت اثر همزمان ولتاژ و جریان سیال به عنوان میکروتولیدکننده گردابه مورد مطالعه قرار می گیرد. با توجه به اینکه میکروتیر مورد نظر در معرض سیال با سرعت معین قرار دارد، علاوه بر نیروی ناشی از جرم افزوده سیال، اثر نیروهای برآ و پسا به عنوان دو پارامتر مهم ناشی از جریان سیال بر ارتعاش میکروتیر با استفاده از معادله واندرپل شبیه سازی میشود. از تیوری تیر اویلر-برنولی جهت مدل سازی ارتعاش میکروتیر تحت اثر نیروی غیرخطی الکترواستاتیک ناشی از اعمال ولتاژ در جهت عمود بر جریان سیال استفاده گردیده و نشان داده میشود که با توجه به اثر متقابل حرکت ساختار و نوسان سیال، معادلات حاکم به هم وابسته میباشند. جهت تبدیل معادلات با مشتق جزیی به معادلات دیفرانسیل معمولی از روش عددی گلرکین استفاده نموده و پاسخ سیستم به اثر ولتاژ در حضور جریان سیال مورد بررسی قرار می گیرد. اثر جریان سیال بر عدد رینولدز و فرکانس گردابه سیال به عنوان دو عامل مهم در ایجاد پدیده گردابه مورد مطالعه قرار گرفته و پاسخ سیستم به سیال با سرعتهای مختلف جریان به دست میآید. همچنین اثر ولتاژهای اعمالی مختلف بر پاسخ سیستم تحت اثر جریان سیال معین مورد بررسی قرار گرفته و از آن برای کنترل ناحیهای که در آن پدیده قفل شدگی اتفاق میافتد استفاده می گردد.

    کلیدواژگان: میکروتولیدکننده گردابه، میکروتیر، ولتاژ، جریان سیال، قفل شدگی
  • احسان اکرمی نیا، حمید اختراعی طوسی* صفحات 141-150
    تقابل نیروهای الکتریکی و مکانیکی میکروتیر باعث وقوع ناپایداری جذب در سیستم های میکروالکترومکانیکی می شود و آن ها را به عنوان سیستم هایی آسیب پذیر از نظر پایداری معرفی می کند. استفاده از میکروتیرهای منحنی یکی از راه حل های پیشنهادی برای کنترل این ناپایداری و افزایش محدوده کاری سیستم می باشد. این انحنا سبب وقوع پدیده ای موسوم به اسنپ-ترو خواهد شد که طی آن میکروتیر با یک ارتعاش دامنه بزرگ به حالت پایدار دوم خود منتقل می شود. علی رغم مزیت های این پدیده، گاهی شروع آن به ناپایداری سیستم ختم خواهد شد. به منظور استفاده از مزایای انحنای سازه و دوری جستن از معایب اسنپ-ترو، در پژوهش حاضر عملکرد سازه دارای الکترود منحنی بررسی شده است. در این راستا معادله دیفرانسیل حاکم با فرض تیوری تیر اولر-برنولی، به کمک اصل همیلتون و بر اساس تیوری تنش-کوپل بهبود یافته بدست آمده است. این معادله با استفاده از روش تجزیه گالرکین به یک معادله دیفرانسیل معمولی غیرخطی تبدیل شده و حل عددی آن توسط نرم افزار متلب بدست آمده است. به منظور مقایسه عملکرد دو سیستم منحنی با یکدیگر و هم چنین با سازه صاف، در نسبت های مختلف حداکثر انحنا به گپ، نمودار تغییرات بیش ترین خیز میکروتیر در برابر اختلاف پتانسیل برای هر یک از سیستم ها رسم شده و مشخصه های آغاز ناپایداری آن ها نیز محاسبه شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که در نسبت های انحنا به گپی که اسنپ-ترو سبب از دست رفتن پایداری میکروتیر منحنی می شود، استفاده از الکترود منحنی منجر به پایداری سازه تا موقعیت و ولتاژ بالاتری خواهد شد.
    کلیدواژگان: ناپایداری جذب، سیستم های میکروالکترومکانیکی، میکروتیر منحنی، اسنپ-ترو، الکترود منحنی
  • حامد بیگلری، وحید فخاری* صفحات 151-160
    ارتعاشات پره توربین باد یکی از عوامل مهم و اساسی در کاهش عمل کرد توربین های بادی می باشد. بنابراین مهار و یا کاهش این ارتعاشات می تواند کمک شایانی به بهره روی هر چه بیش تر توربین باد نماید. در این مقاله، کاهش ارتعاشات صفحه ای یک نمونه پره توربین باد محور افقی مقیاس کوچک (5 کیلووات) با استفاده از میراگر جرمی تنظیم شده بهینه و با در نظر گرفتن کوپلینگ میان ارتعاشات داخل و خارج از صفحه پره مورد بررسی قرار می گیرد. به این منظور، ابتدا معادلات دیفرانسیل حاکم بر دینامیک پره به همراه میراگر جرمی با استفاده از روش لاگرانژ استخراج می گردند. برای اجتناب از خطا در تحلیل، از خطی سازی معادلات سیستم خودداری شده و پره به صورت عضو انعطاف پذیردر نظر گرفته می شود. در استخراج معادلات حاکم، اثر کوپلینگ میان ارتعاشات صفحه ای و ارتعاشات خارج از صفحه پره توربین باد، تاثیر زاویه پیچش بر کوپلینگ ارتعاشات و همچنین تاثیر نیروهای گریز از مرکز و جاذبه در نظر گرفته می شود. در ادامه، به منظور کاهش ارتعاشات صفحه ای پره توربین باد، از میراگر جرمی تنظیم شده استفاده می شود و پارامترهای آن با استفاده از یکی از روش های الگوریتم ژنتیک برای یک نمونه پره واقعی بهینه سازی می گردد. در نهایت، با اعمال نیروی باد به صورت سینوسی با فرکانس متغیر، تاثیر میراگر جرمی بهینه در کاهش ارتعاشات پره در چهار سرعت باد مختلف مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصل ارایه می گردند. نتایج به دست آمده نشان دهنده کاهش مطلوب دامنه ارتعاشات پره توربین باد با استفاده از میراگر جرمی بهینه است.
    کلیدواژگان: پره توربین باد، کاهش ارتعاشات صفحه ای، میراگر جرمی تنظیم شده، بهینه سازی، کوپلینگ ارتعاشات داخل و خارج از صفحه
  • بهنام میری پور فرد*، امیرحسام سجادی نیا، فرشاد هاشمی نادر صفحات 161-170

    انتقال سیالات دوفازی در صنعت اهمیت ویژه ای دارد. پمپ مارپیچ دوار یک شکل خاص از پمپ است که برای انتقال جریان دوفازی گاز-مایع و همچنین ایجاد جریان ضربانی قابل استفاده است. ساختار این پمپ با پمپ های مرسوم تفاوت دارد و هندسه آن در حین کار قابل تغییر است. در این مقاله، ضمن ساخت نسخه دوم این پمپ، برای اولین بار تحلیل دینامیکی انجام شده است و معادلات حاکم بر رفتار آن بر اساس متغیرهای کنترلی ورودی (سرعت دورانی و زاویه شیب پمپ) استخراج شده است. در تحلیل دینامیکی یک حجم کنترل چرخان منطبق بر لوله مارپیچ در نظر گرفته شده است. به منظور تعیین مقادیر ورودی های متناظر با خروجی های مطلوب، از منحنی های مشخصه بی بعد پمپ که در پژوهش قبلی منتشر شده است، استفاده می شود. سپس کنترل پمپ بر اساس دو متغیر ورودی انجام می شود تا میزان هد و دبی پمپ به مقدار مطلوب برسد. کنترل مود لغزشی بر روی این سیستم پیاده سازی شده است. نتایج کنترل پمپ برای مقدار دلخواه مطلوب هد و دبی به صورت نمودارهای متغیرهای کنترلی و سیگنال کنترلی نشان داده شده است. از ویژگی های جذاب این پمپ آن است که در دورهای پایین هم امکان انتقال سیال را دارد و بدون تغییر دادن دور هم می توان نقطه کارکرد آن (هد-دبی) را تغییر داد. نتایج مقاله شامل معادلات دینامیکی استخراج شده پمپ مارپیچ دوار است که در پژوهش های آتی می توان از آن استفاده نمود. همچنین نتایج حاکی از موفقیت روش مود لغزشی در کنترل پمپ است.

    کلیدواژگان: پمپ مارپیچ دوار، معادلات دینامیکی، کنترل مود لغزشی
  • سید مهدی حداد بایگی*، جواد فرجی، علی کارساز صفحات 171-180
    در این مقاله یک روش جدید مبتنی بر ترکیب سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی و کنترل کننده تناسبی-مشتقی-انتگرالی (PID) جهت کاهش ارتعاشات سازه ارایه شده است. الگوریتم کنترلی پیشنهادی علاوه بر دارا بودن ویژگی های کنترل کننده کلاسیک PID، از ماهیت تطبیقی شبکه عصبی و استنتاجی منطق فازی جهت استخراج توابع عضویت مناسب با توجه به دامنه ارتعاشات سازه نیز بهره می برد. به منظور تنظیم ضرایب PID جهت طراحی کنترل کننده پشنهادی، و نیز برای شناسایی پارامترهای سازه آزمایشگاهی از الگوریتم بهینه سازی نهنگ استفاده شده است. با در نظر گرفتن داده های واقعی شتاب زمین مربوط به چهار زلزله با نام های السنترو، نورثریج، آتن و مکزیکوسیتی عملکرد کنترل کننده پیشنهادی بر روی یک سازه چهار طبقه بررسی شده است، سپس نتایج به دست آمده از شبیه سازی با کنترل کننده های مرسوم از قبیل کنترل کننده فازی به تنهایی و روش کنترلی مبتنی بر سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی مقایسه شده است. باتوجه به نتایج بدست آمده از شبیه سازی، روش ترکیبی پیشنهادی که استفاده توامان از سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی به همراه کنترل کننده PID می-باشد، دارای عملکرد بهتری نسبت به سایر کنترل کننده های طراحی شده برای سازه در کاهش جابه جایی و شتاب طبقات ساختمان می باشد. نتایج نشان دهنده کاهش بیشینه شتاب لرزش طبقات سازه با استفاده از روش کنترل پیشنهادی نسبت به دو روش متداول کنترل فازی و کنترل استنتاج فازی-عصبی تطبیقی به میزان 36.2 برای زلزله ال سنترو، 35.4 برای زلزله نورثریج، 27.7 برای زلزله آتن و مقدار 22.5 درصد برای زلزله مکزیکوسیتی می باشد.
    کلیدواژگان: کنترل فعال سازه، کنترل فازی، کنترل ANFIS، الگوریتم بهینه سازی وال، کنترل ترکیبی PID-ANFIS
  • سیروان فرهادی*، مظهر امین پور صفحات 181-190
    ربات های کابلی یکی از انواع ربات هایی هستند که زنجیره ی سینماتیکی آنها موازی می باشد. ربات های کابلی موازی به دلیل استفاده از محرک کابلی به جای بازوهای صلب، دارای ویژگی های مهمی همچون فضای کاری گسترده، سرعت و شتاب بالاتر و صرفه اقتصادی مطلوب می باشند. از سوی دیگر به دلیل فضای کاری گسترده و خاصیت ذاتی کابل در معرض ارتعاشات ناخواسته قرار دارند به همین دلیل بررسی مدل دینامیکی و ارتعاشی آنها یک ضرورت است. در این تحقیق با تکیه بر روش اجزای محدود و با بهره گیری از المان کابل طول متغیر، روابط دینامیکی حاکم بر یک ربات کابلی صفحه ای استخراج می شود. ربات مورد تحقیق، یک ربات چهارکابله است که یک فضای مستطیلی را پوشش می دهد. معادلات بدست آمده غیرخطی و دارای ضرایب متغیری می باشند که تابع سرعت حرکت المان هستند. در این تحقیق، روابط دینامیکی حاکم بر سیستم با فرض حرکت سرعت ثابت عملگر نهایی و با فرض کوچک بودن دامنه ارتعاشات خطی سازی شده اند. سپس با حل مساله مقدار ویژه متناظر، پایداری سیستم در سرعت ها و موقعیت های مختلف عملگر نهایی بررسی شده و سرعت بحرانی و فرکانس ناپایداری سیستم در موقعیت های مختلف تعیین شده است. نتایج عددی بدست آمده نشان می دهد که سرعت بحرانی در نقاط گوشه ی فضای کاری کمتر است و با حرکت به سمت قسمت های میانی فضا افزایش می یابد. در مورد فرکانس های ناپایداری روند معکوسی را شاهد هستیم، به این صورت که فرکانس پایه در نقاط گوشه بالاتر است و با حرکت به سمت قسمت های میانی فضای کاری کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: ربات کابلی موازی، روش اجزای محدود، تحلیل پایداری
  • علیرضا طاهری*، علی مقداری، مینو عالمی، حمیدرضا پوراعتماد صفحات 191-200

    در سالهای اخیر، استفاده از رباتهای اجتماعی در تشخیص و توانبخشی مبتلایان به اتیسم در دنیا رشد چشمگیری داشته است. هدف از پژوهش حاضر، به کارگیری عملی رباتهای انساننما به عنوان دستیار درمانگر در ارتقای مهارتهای اجتماعی و شناختی کودکان مبتلا به اتیسم به عنوان یکی از اولین گروه های به کارگیرنده این فنآوری در ایران است. جهت نیل به این مقصود، بازیهای آموزشی-درمانی متنوعی تدوین شده و در چند قالب بر روی کودکان اتیستیک پیاده سازی شده است: الف) بررسی مقبولیت رباتها در میان کودکان و مطالعه عملکرد آنها در بازی تقلیدهای حرکتی درشت و ریز، ب) بررسی تاثیر حضور ربات به عنوان دستیار معلم در آموزش موسیقی به کودکان طیف اتیسم (در برنامه مداخلات انفرادی) با هدف ارتقای مهارتهای اجتماعی و شناختی آنها، و پ) مطالعه اثربخشی استفاده از رباتها در افزایش مهارتهای اجتماعی کودکان عملکرد بالا (در برنامه مداخلات گروهی دو نفره). مجموعه نتایج بدست آمده در این پژوهش، حاکی از مقبولیت 70 درصدی رباتها در اولین تعامل کودکان اتیستیک با آنها بوده است. ارتقای هر دو گروه کودکان عملکرد بالا و پایین در زمینه مهارتهای تقلیدی ریز، توجه اشتراکی و ارتباط؛ کاهش نشانگان اتیسم شرکت کنندگان، ارتقا و ماندگاری مهارتهای اجتماعی کودکان عملکرد بالا؛ و کاهش رفتارهای ناسازگارانه در کودک با عملکرد پایین از اهم یافته های این پژوهش است. در حوزه ارزیابی خودکار حرکات تقلیدی حالت چهره نیز الگوریتم FCM ارایه شده برای هر 4 کودک همکار مناسب عمل کرده و امیددهنده استفاده موثر از ماشین در آنالیز رفتاری کودکان حین جلسات مداخله رباتیک در تحقیقات آتی است.

    کلیدواژگان: تعامل انسان-ربات، طیف اختلالات اتیسم، ربات های اجتماعی، تقلید، توجه اشتراکی
|
  • Majid Shahravi *, Mohammad Rezasefat Pages 1-10
    The highest amount of reported failures in railway tracks are due to turnout problems. The main causes of these breakdowns are: high wheel-rail contact forces, creep in the switch blade due to changes in the rail profile, and inconsistency in the rail profile during wheel passage over wing rail and crossing nose causing collision forces. In this paper, a new method for crossing nose fatigue life prediction is presented using FE approach. Firstly, a dynamic model containing a complete turnout (switch and crossing panels) is simulated. For a closer look at crossing, the results of the forces generated by the dynamic model are transmitted to a more detailed static model at specific sections, because of the criticality of this point in track. Then the stress and strain results are extracted to perform the fatigue analysis on the crossing nose in order to calculate fatigue crack initiation life and critical planes. Regarding the importance of fatigue and the necessity of investigating the effect of different variables on fatigue life, a parametric study is conducted considering variables such as velocity, wagon weight, and turnout type. The results indicate that the predicted fatigue life in UIC60 crossings are less than U33. Also, by increasing the wagon weight and speed or the curve radius fatigue crack initiation life have increased.
    Keywords: Turnout crossing, Rolling Contact Fatigue, numerical simulation, Life prediction, crack initiation
  • Gholam Hosein Rahimi *, Yavar Anani, MohammadMahdi Memarian, Shahram Hosseini Chaleshtari Pages 11-20

    In this paper, the behavior of inhomogeneous functionally graded rubber with large deformations and under bending loading is modeled by assuming an incompressible hyper-elastic material. In hyper-elastic inhomogeneous functionally graded materials, mechanical properties continuously changes from one point to another in the specified direction. In the other words, they gradually become material from material to another. For modeling the nonlinear behavior of material, hyperelasticity theory and strain energy density functions, which are a function of the invariants of the left deformation Cauchy-Green tensor, are used. In order to be able to apply the existing energy functions to inhomogeneous functionally graded materials, they must be changed, therefore, the changes in the constant of the energy functions are assumed power shape and in the direction of the curvature radius after bending, due to the inhomogeneous functionally graded of the material. Since many materials are inhomogeneous, using the assumption of inhomogeneous functionally graded of the material is one of the most practical methods. In this paper, the modeling of the hyperelastic behavior of inhomogeneous functionally graded rubber is done under bending loading and extraction of the Cauchy stress relations governing the cross-section caused by this loading. For modeling, the generalized Mooney-Rivlin energy function is used and the properties change in radial direction are considered and heterogeneity variations are also investigated.

    Keywords: hyperelastic material, incompressible, bending behavior of rectangular cross section, inhomogeneous functionally graded of the material
  • Ali Negahban *, Ehsan Barati, Abdolali Maracy, Nader Vahdat Azad Pages 21-30
    Ring rolling is a metal forming process used to forge precise, seamless, circular, shaped parts. Due to the unique properties of the produced rings, the application in the advanced industries is high. The most important advantage of the process is the uniform flow of material in the ring after the process. Usually, the working temperature of the device is high during the rolling of super alloys. The high temperature could damage the work rolls. In spite of the cooling practice, the work roll temperature is raised. In general, this reduces the work roll strength. In this research, the effect of various temperature and cooling practice on thermo-mechanical stresses in work roll of ring rolling mill have been investigated. The results show that the amount of produced thermo-mechanical stresses on the work rolls is completely different. In the main roll, the mechanical stress has a greater effect on thermo-mechanical stresses. However, in the mandrel, thermal stress determines the amount of thermo-mechanical stresses. Unlike the mandrel, the effect of cooling practice on thermo-mechanical stresses of the main roll is negligible. The results show that cooling practice increases the amplitude of equivalent stress and reduces the mean stress in the work rolls.
    Keywords: Ring rolling, Thermo-mechanical stress, Cooling practice, Scripting code, Abaqus
  • Ali Abbasnia *, Abbas Rohani, Mohammad Jafari Pages 31-40
    In this paper, we try to use a multiple linear regression method to explicitly describe the explicit relation between the stress concentration coefficient of plates containing elliptic openings in terms of mechanical properties and the angle of rotation of openness. First, the stress concentration coefficient for a lot of composites was calculated by analytical method based on the mixed variable method and using different values of the mechanical properties of the composites. Using the obtained data, using the regression method Multiple Linear The explicit relation was used to estimate the stress concentration coefficient in unbounded composite plates containing elliptic openings under tensile load. It is important to note that several factors affect the concentration of tension around the openness. Therefore, by correct selection of these parameters, it can be significantly reduced the stress concentration and increased the structural strength. One of these factors is the angle of rotation of openness, which is discussed in this article. In addition to the ease of use, the proposed relationship, by eliminating complex and complex analytical solutions, saves time and allows the designer to obtain the desired parameters to achieve the desired stress. The results showed that the regression model was able to estimate the coefficient of stress concentration with an error of less than 1 percent.
    Keywords: Stress Concentration Factor, Elliptical Hole, Multiple Linear Regression, Angle of Rotation of Cutout, Complex Variable Method
  • Atieh Andakhshideh *, Sattar Maleki, Alireza Seyfi Pages 41-50
    Metallic pipelines are mainly corroded and damaged in operation that replacing damaged lines or their local welding is sometimes not feasible or economical, so for resolving the corrosion and functional damage of metallic pipelines, localized repair using composites as one of the most effective and cost effective solutions is used. The connection of composite repair to the metal substructure in this method is one of the most important design parameters. Therefore, deriving the important parameters at the junction will help engineers in designing and predicting the interlaminar crack initiation and propagation at the joint interface of composite repair to the metal substrate. Therefore, to investigate the second mode of failure in this method, the strain energy release rate is calculated experimentally and numerically in a steel/GFRP bond. According to an experimental standard for calculating the second mode strain energy release rate, ASTM-D7905, experimental tests are accomplished for three symmetric and asymettric unlike end-notched flexure specimens and a relationship for the thickness of each material to have symmetric specimens is proposed. To validate the thickness calculation relationship, the finite elemental modeling of unlike samples using virtual crack closure technique is used which indicates the good agreement of experimental and numerical results. Compareing the experimental results obtained in force-displacement diagrams of symmetric and asymmetric samples in crack propagation showed that the second mode strain energy release rate of symmetric samples are more than asymmetric and about 1.6 times as large.
    Keywords: crack propagation, second mode of failure, strain energy release rate, virtual crack closure technique, unlike end-notched flexure specimen
  • Alireza Shaterzadeh *, Mohammad Jafari, Sajad Mahdavi Pages 51-60
    Optimization in the design and maintenance of many engineering systems, economic and even social has been used to minimize the cost or maximize profits. In the buckling analysis the hybrid composite plates with cutout, the effective parameters on buckling are the cutout geometry, fiber angle, cutout size to plate size ratio, bluntness of cutout corners, and rotation angle of cutout. Therefore, in this study, using genetic algorithm method an attempt has been made to introduce the optimum parameters to achieve the Maximum amount of critical buckling temperature of hybrid composite plate with polygonal cutouts in different boundary conditions and stacking sequences, which are subject to uniform temperature rise. The cutout in this study are circular, pentagonal, and hexagonal. The solving method used to analyze this study is the finite element based on the energy method. Also, the theory used in this paper is the first-order shear deformation theory. The results presented in this case show that by choosing the appropriate shape of cutout and the Optimal selection of parameters affecting buckling, the plate's resistance to thermal buckling can be increased. It was also found that stacking sequences and boundary conditions have a significant effect on the critical buckling temperature of a hybrid composite plate with cutout.
    Keywords: Thermal buckling, finite element method, optimization, genetic algorithm, composite plate
  • Kaveh Abbasi *, Hazhir Ehsasi Pages 61-70
    Interference fit joints are widely used in the industry to produce tight joints. These type of connections have produced more beautiful and smaller joints by eliminating other joints such as keys which are defected with stress concentration. Interference fit joints could be applied under dynamics and statics design loads, successfully. Interference fit joints are always imperfect, such as other industrial products and also affected by some parameters which directly affect the operation of these joints. For instance, contact surface of every manufactured joint parts are not a perfect cylinder and always there are some form defects. The variation of these parameters could affect the performance and strength of interference joints, so these parameters should be considered. Some effective parameters on the strength of interference fit joints are friction coefficient, roughness, materials properties, dimensions and geometric irregularities of contact surfaces. In this study the effect of diameter of shaft and interference value variation on the friction coefficient in contact surface and strength of joints are investigated. Finite element results are interacted with experimental ones to estimate friction coefficients. Also, factorial method, which is a statistical method for design of experiments, are used to analysis the effects of pressure, which is vary by variation of interference, and radius of contact surface curvature on friction coefficient and strength of joints. Results indicate that the friction coefficient changes with diameter of interference surface, inversely and increase of interference and consequently, pressure leads to growth of friction coefficient.
    Keywords: Interference Fit Joint, Friction Coefficient, Interference Value, Pressure, finite element modeling
  • Youssef Taraz Jamshidi *, Ali Pourkamali Anaraki, Mojtaba Sadighi, Javad Kadkhodapour, Seyed MohammadHossein Mirbagheri, Behnaz Akhavan Pages 71-80

    Porous materials especially metallic foams are novel materials with high energy absorption and strength to weight ratio capability. In the present paper we investigate quasi-static uniaxial compression and crushing behavior of closed-cell graded aluminum foams and foam-filled tubes, both numerically and experimentally. To model the mentioned specimens, we place cubes with several densities and strengths to generate functionally graded specimens. Specimens are considered as to be graded with two and three layers and non-graded single layer, with and without tubes. Various standard uniaxial compression experiences are conducted for numerical model calibration and validation and also for non-linear mechanical properties and hardening characterization. To enhance strength and energy absorption capability and also tailoring purpose, we layout the cubic foams in tubes with square profile. The 3D Voronoi diagrams approach is manipulated to model stochastic foam microstructure. Also Novel unit cell is proposed based upon Kelvin cell. We implement the hybrid finite element analysis and Voronoi diagram using Python script and Abaqus 2017 commercial FEM-based code for more convenient modeling and efficient analysis. Finally, and after numerical model calibrations, numerical and experimental results showed good agreement.

    Keywords: Foam-Filled tube (FFT), Alporas closed-cell foam, Voronoi Diagram, Micro-structure, FEM
  • Shahrouz Yousefzadeh, Mohammad Kashfi *, Parviz Kahhal, Abbas Ansari-Asl Pages 81-90
    Sugarcane bagasse is one of the most abundant types of natural fibers which can be utilized to fabricate natural composite materials. Since bagasse is one of the wastes of Khuzestan province sugarcane factories, recycling might be an opportunity to enjoy its economic and environmental benefits. In the present study, the mechanical and microstructural properties of Bagasse/Polypropylene natural composite fabricated by the injection molding method were investigated. Bagasse fibers after drying process were mixed up to polypropylene with 10, 30, 40 and 50% weight fraction of bagasse. In order to investigate the mechanical properties, experimental tests consist of tensile test and Charpy impact tests were carried out. The results showed that the maximum material strength was obtained from the sample made of 40% weight fraction of bagasse. The strength of 40% bagasse was found about 10%more than 50% bagasse the microstructural analysis was indicated that the failure mechanism of 40% bagasse was mainly affected by fiber breakage. However, the main failure mechanism of 50% bagasse was changed to fiber pull out. Additionally, impact absorbed energy was significantly decreased by increasing the bagasse weight fraction.
    Keywords: Natural fibers, Sugarcane Bagasse, Polypropylene, Mechanical Properties, Injection molding
  • Mozhde Khadembashi Pages 91-100
    Dual axis torsion micro-actuators find variety of applications such as optical switches, biomedical imaging and adaptive optics. Squeezed film air damping is one of the most important energy loss mechanisms in these devices. This damping, is a key factor in determination of the dynamic performance of the micro-electro-mechanical systems. So they have been widely considered by the researchers. The objective of this paper is to suggest a model for the squeezed film damping of dual axis torsional micro-actuators by considering the bending of the supporting torsion beams. To achieve so, the Reynolds equation governing the pressure of the trapped gas between the actuator plate and the underneath electrodes is considered and simplified for the case in which the inertial effects are negligible compared to the viscous effects. The dimensionless form of this equation is then solved using the extended Kantorovich method and the pressure distribution under the actuator is obtained. This pressure distribution is then employed to calculate the resulting force and force of the squeezed film air damping. The effects of the design parameters of the actuator on the dimensionless damping torques, dimensional damping torques and dimensional damping force are studied. The presented results in this paper can be effectively utilized for an accurate dynamic modeling and control of such structures.
    Keywords: Torsional micro-actuator, Squeezed film air damping, Bending of the supporting torsion beams, Extended Kantorovich method
  • Gholamali Varzandian, Sima Ziaee *, Mehrdad Farid, Abbas Niknejad Pages 101-110
    In the present research, vibration behavior is presented for a thermally postbuckled double layered graphene sheet (DLGS). The DLGS is modeled as a nonlocal orthotropic plate which contains small scale effects. The formulations are based on the Kirchhoff's plate theory, and von Karman-type nonlinearity is considered in strain-displacement relations. The thermal effects, van der Waals forces between layers and chirality are also included and the material properties are assumed to be temperature-dependent. A semi analytical solution is obtained using multiple time scales method. The effects of variation of small scale parameter to the natural frequencies, deflections and response curve of DLGS are analyzed and the numerical results are obtained from the nonlocal plate model. Numerical results are compared with those of similar researches. Effects of various parameters on the postbuckled vibration of DLGS in thermal environments such as scale parameter, length and thermal load are presented. Stability of vibration modes around a buckled configuration is investigated. Results show that the scale parameter and thermal changes have important roles on nonlinear vibrational behavior of nano scale buckled structures.
    Keywords: Double layered Graphene sheet, Thermal postbuckling, Nonlocal plate model, Multiple time scales method
  • Mostafa Livani *, Keramat Malekzadeh Fard Pages 111-120
    In this research, the free vibration analysis of doubly curved composite sandwich panels with variable thickness is studied using higher order sandwich panel theory. For the first time, considering different radii of curvatures of the face sheets in this paper, the thickness of the core is a function of plane coordinates (x,y). In addition, in the current model, the continuity conditions of the transverse shear stress, transverse normal stress and transverse normal stress gradient at the layer interfaces, as well as the conditions of zero transverse shear stresses on the upper and lower surfaces of the sandwich panel are satisfied, which is unique. The formulation is based on an enhanced higher order sandwich panel theory and the vertical displacement component of the face sheets is assumed as a quadratic one, while a cubic pattern is used for the in-plane displacement components of the face sheets and the all displacement components of the core. The equations of motion and boundary conditions are derived using the Hamilton principle. The effects of some important parameters including composite layup sequences, length to width ratio, varying properties of the face sheets materials, Face sheet thicknesses ratio and varying materials of the face sheets were investigated. The results are validated by the latest results published in the literature.
    Keywords: Double curved sandwich panels, higher order theory, variable thickness, free vibration, Hamilton principle
  • Farzaneh Baradaran, Peiman Mosaddegh *, Reza Tikani Pages 121-130

    Tweel is a new type of non-pneumatic tire that is going to be replaced instead of tire in machines. The purpose of this research is to simulate the wheel from beginning of the movement to reaching a speed of 60 kilometers per hour and study the vibrations and the effect of curvature and speed on its value. Spokes curvature has effect on the vibrational behavior of the wheel. For this reason, in addition to the wheel with spokes curvature of 5 millimeters, two other models with spokes curvature of 4 and 6 millimeters are also modeled. These studies have shown that with changes in curvature of spokes, domains of spokes vibrations and vibrational frequencies have changed dramatically. Two important disadvantages of this wheel are vibrations and making loud noises at speeds more than 80 kilometers per hour. For this purpose, the speed of the wheel in the simulation is increased to 100 kilometers per hour. It is observed that at speeds of higher than 70 km/h, the spokes of the wheel are highly vibrated. At this moment spokes vibrational frequencies are as same as their natural frequencies and the resonance occurs. The final result is that the tire designed in this project is just operational in cars with low speed.

    Keywords: Non-pneumatic tire, Tweel, Vibration, finite element method
  • Mousa Rezaee *, Naser Sharafkhani, MohammadTaghi Shervani Tabar Pages 131-140

    The present work investigates the nonlinear vibration of a cantilever cylindrical micro-beam subjected to voltage and fluid flow as a micro vortex generator. As the microbeam is subjected to the fluid with given velocity, in addition to the load due to fluid added mass, the lift and drag forces as the two basic flow-induced factors affecting the dynamics of the micro-beam are modelled using the Van der pol equation. The Euler-Bernoulli beam theory is used to model the cross fluid motion of the beam under nonlinear electrostatic force as result of applied voltage. The Galerkin method is used to convert the partial differential equation to regular differential equations as well as to solve the coupled nonlinear equations governing the micro-beam motion and the wake oscillation to evaluate the response of the coupled structure to a combined applied voltage and fluid flow. The effect of fluid flow on Reynolds number and fluid vortex frequency as two main parameters in creation of Lock-in phenomenon is studied. In addition to effect of different fluid velocities, response of the micro-beam to different input voltages in the presence of fluid flow is investigated and it is shown that for a given flowing fluid, applied voltage can be used to control the lock-in regime.

    Keywords: Micro vortex generator, Micro-beam, Voltage, Fluid flow, Lock-in
  • Ehsan Akrami Nia, Hamid Ekhteraei Toussi * Pages 141-150
    The contrast of electrical and mechanical forces of microbeam causes pull-in instability in microelectromechanical systems and introduces them as vulnerable systems sustainability. One of the proposed solutions for controlling this instability and increasing the stable range of system are curved microbeams. This curvature causes snap-through in which the microbeam moves to its second stable position with a large-scale vibration. Despite of the advantages of this phenomenon, sometimes its beginning ends in the systems instability. In order to use the advantages of the curvature of structure and to avoid the disadvantages of Snap-trough, in present study, the performance of a structure with curved electrode has been investigated. In this regard, by assuming the Euler-Bernoulli beam theory, the governing differential equation is obtained by using Hamilton’s principle and based on the modified couple stress theory. This equation is converted to a nonlinear ordinary differential equation by using a reduced order model based on the Galerkin procedure and its numerical solution is obtained by MATLAB software. In order to compare the performance of the two curved systems with each other as well as with a straight structure, in different ratios of maximum curvature to gap, the variation of maximum deflection versus voltage is plotted for each of the systems and their instabilities characteristics are calculated. The results show that in the case of snap-through causes instability in curved microbeam, the curved electrode with the same dimensions leads to structural stability until higher position and voltage
    Keywords: Microelectromechanical systems (MEMS), Pull-in instability, Curved microbeam, Snap-through, Curved electrode
  • Hamed Biglari, Vahid Fakhari * Pages 151-160
    Vibration in wind turbine blades is one of the important factors that result in reducing performance of wind turbines. Therefore, control or reduction of the mentioned vibrations can be of great help in increasing efficiency of wind turbines. In this paper, an optimal tuned mass damper (TMD) is proposed to reduce edgewise vibration of an small-scale horizontal axis wind turbine blade (5 KW) with considering the coupling between edgewise and flapwise vibrations. For this purpose, partial differential equations governing dynamics of the system are derived using the Lagrange method. These equations are completely nonlinear and linearization is not performed to avoid possible errors in the analysis and also, the blade is considered as a flexible member. In deriving governing equations, coupling effect between in-plane and out-of-plane vibrations of the blade, effect of pre-twist angle in the coupling, and effect of centrifugal forces and gravity are considered. In order to reduce vibration of the blade, TMD is used and its parameters are optimized using one of the genetic algorithm methods for a real blade sample. Finally, with applying wind force as a sweep sine excitation, effectiveness of the optimized TMD in vibration reduction of the blade in four different wind speeds is investigated and the related results are presented. Results show that the wind turbine blade vibration reduction is achieved properly using the optimal TMD.
    Keywords: Wind turbine blade, edgewise vibration reduction, Tuned Mass Damper (TMD), optimization, coupling between edgewise, flapwise vibrations
  • Behnam Miripour Fard *, AmirHesam Sajjadinia, Farshad Hashemi Nader Pages 161-170

    Two-phase fluids transportation is very important in industry. Rotating helical pump is a special form that can be used to transfer fluid-gas flows and also to generate pulsatile flows. The structure of this pump differs from conventional pumps and its geometry can be changed during operation. In this paper, while demonstrating a fabricated second version of the rotating helical pump, a dynamic analysis is performed for the first time and the governing equations are extracted based on the input control variables (rotational speed and tilt angle of the pump). In the dynamical analysis, a rotating control volume corresponding to a spiral tube is considered. In order to determine the values of the inputs corresponding to the desired outputs, we use the non-dimensional characteristic curves of the pump that was published in the previous study. Then the control is performed on the basis of two input variables to reach the desired pump head and flowrate. A sliding mode controller is implemented. The results are shown for the desired value of head and flowrate. The attractive features of this pump are that it can work with the low rotational speed, and it can change the point of operation (head-flowrate) without changing the speed (just with changing the tilt angle). The results include governing equations of the rotatical helical pump that can be used in future studies. Moreover, the results show the success of the sliding mode method in control of the pump.

    Keywords: Rotating Helical Pump, dynamic equation, sliding mode control
  • Seyed Mahdi Hadad Baygi *, Javad Faraji, Ali Karsaz Pages 171-180
    This paper proposes a new hybrid controller based on combining the ANFIS method and PID controller, for vibration mitigation of structural system. The proposed controller although has the PID controller features, create a fuzzy inference system that has fewer bugs and errors than neural networks in calculations. The whale optimization algorithm is used for optimum tuning the PID parameters and also for identification of parameters related to the experimental structure. Considering four well-known earthquake real data (ground acceleration) namely, El Centro 1940, Northridge 1994, Athens 1999 and Mexico City 1999, the performance of the proposed controller is evaluated. Then the results are compared with two other controllers namely, fuzzy logic control and ANFIS, which are designed for a four-degree of freedom building which is equipped with active tuned mass damper (ATMD). The simulation results show that the proposed method which is a combination of two controllers namely, ANFIS and PID, performs better than other strategies with are developed. The results obtained from the simulation show the better performance of the proposed method than the other control methods in reducing the structural responses in terms of displacement and acceleration of all floors. The results show that the maximum acceleration related to the building’s floors while using proposed method has improvement of 36.3% for the El Centro, 35.4% for the Northridge, 27.7% for the Athens and 22.5% for the Mexico City earthquakes regarding two other common controllers namely, fuzzy control and ANFIS control.
    Keywords: Active control of structure, fuzzy control, ANFIS control, whale optimization algorithm, Hybrid ANFIS-PID
  • Sirwan Farhadi *, Mazhar Aminpur Pages 181-190
    Cable-driven manipulators are a generation of parallel cinematic chain robots which provide important features including wide workspace and cost effective high speed operations. However, due to wideness of the workspace and the flexibility of the cables, they are susceptible of unwanted vibrations which reduce their precision. Therefore, determination of velocity limits in the operation workspace is of high importance. In this study, stability analysis and critical velocities of a four cable plane robot is considered. Governing equations of the system are extracted by use of finite element method and employing variable length element. The characteristic coefficients of the extracted equations are nonlinear and velocity dependent ones. To provide a stability analysis, the equations are linearized assuming that the end-effector experiences quasi-static movements and the system is subjected to low amplitude vibrations. Afterwards, the corresponding eigenvalue problem is analyzed and critical speeds of the robot in whole workspace domain are calculate. Furthermore, vibration frequencies corresponding to the unstable eigenvalues are determined. It is observed that system critical speed reduces as the end-effector moves to the boundaries of the workspace. In contrast to this, the frequency of the corresponding unstable modes increase moving to the borders of the workspace.
    Keywords: Cable driven parallel robot, finite element method, Stability Analysis
  • Alireza Taheri *, Ali Meghdari, Minoo Alemi, Hamidreza Pouretemad Pages 191-200

    Using social robots in autism diagnosis and treatment has been increasing in recent years. In this study, our objective (as one of the pioneers in Iran) is to explore the clinical application of humanoid robots as medical assistants in the treatment/education of children with autism in order to improve their social/cognitive skills. To reach this goal, we have designed and implemented a set of therapeutic games with the following topics: a)Investigation of social robots’ acceptability and effect on improving the fine/gross movement imitation of Iranian children with autism, b)Exploring the effect of a robot-assisted music-education program on children with ASD’s socio-cognitive skills improvement (as an individual clinical intervention program), and c)The impact of humanoid robots on improving the social and cognitive skills of high-functioning autistic children (as a group clinical intervention program). The results indicated that our robots were accepted by 70 percent of the participants as a communication tool from the first interaction. We also observed improvement in joint attention and fine movement imitation skills of both the high-functioning and low-functioning subjects. It was concluded that the high-functioning children’s social skills improved due to the robot-assisted group therapy sessions, while the stereotyped behaviors of the low-functioning subjects decreased during the course of this program. Moreover, the proposed FCM algorithm for the automatic assessment of facial expression imitation tasks shows a sufficient agreement on the automatic and manual scores for the participants. The observations indicate the potential use of robotic-platforms in behavioral analysis of children during the intervention sessions.

    Keywords: Human-Robot Interaction, Autism Spectrum Disorders, Social Robots, Imitation, Joint Attention