فهرست مطالب

فصلنامه مدل سازی در مهندسی
پیاپی 62 (پاییز 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/08/01
  • تعداد عناوین: 12
|
  • امیر غیاثوند*، سوران حسنی فرد، محمد زهساز صفحات 1-12

    جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (FSW) یکی از روش های جوشکاری حالت جامد می باشد. یکی از عوامل تاثیرگذار در خواص مکانیکی و متالوژیکی اتصال نهایی، هندسه ابزار می باشد که با طراحی صحیح آن می توان در نهایت به اتصالی با کیفیت بهینه دست یافت. از جمله اصلاحات و موارد مناسب جهت بهبود خواص مکانیکی اتصال نهایی، خارج از مرکز نمودن پین ابزار نسبت به شانه ابزار است. خارج از مرکز نمودن پین موجب خواهد شد که حرارت ایجاد شده در ناحیه بزرگ تری توزیع یابد و حجم ماده تغییر شکل یافته توسط پین ابزار افزایش یابد. در پژوهش حاضر با استفاده از روابط تحلیلی به توسعه مدلی حرارتی برای ابزار با پین خارج از مرکز پرداخته شده است، مدل اصلاح شده تابعی از ضریب اصطکاک و تنش تسلیم وابسته به دما می باشد و در آن تاثیر پارامترهای هندسی ابزار بر میزان حرارت تولیدی در فرایند مورد نظر قرار گرفته است. پس از توسعه روابط، جهت صحه سنجی مدل از شبیه سازی سه بعدی به واسطه پکیج اجزاء محدود ABAQUS و کدنویسی شار حرارتی به زبان فرترن در قالب دو سابروتین USDFLD وDFLUX استفاده شده است و نتایج توزیع دما از مدل توسعه داده شده با نتایج تجربی و تحلیلی مدل های پیشین مورد مقایسه قرار گرفته است. بر اساس نتایج بدست آمده مدل حرارتی توسعه داده شده با دقت بالایی قادر به پیش بینی توزیع حرارت و دمای ماکزیمم در فرایند FSW با ابزار دارای پین خارج از مرکز می باشد.

    کلیدواژگان: مدل حرارتی، هندسه ابزار، پین خارج از مرکز، شبیه سازی عددی
  • سیده سمیرا محمدی، محمود دی پیر* صفحات 13-29

    در جهان امروز با گسترش ارتباطات، حجم داده ها و نیاز به پردازش آن ها در زمان کم و با سرعت بالا افزایش یافته. از طرفی انجام این حجم از محاسبات نیازمند سیستم ها با ظرفیت های پردازشی و ذخیره سازی بالا و در نتیجه هزینه ی بالا است. بنابراین، پیشنهاد یک زیرساخت مناسب و مقرون به صرفه می تواند بسیار قابل توجه باشد. در این مقاله هدف طراحی و ایجاد یک زیرساخت با هزینه و زمان پاسخ پایین با استفاده از رایانش ابری و مه است. علاوه بر این، یکی از مسایل مهم برای ایجاد چنین سیستم هایی با سرعت بالا و حداقل زمان، تخصیص مناسب منایع سیستم به درخواست های کاربران و در نتیجه تعادل بار در سیستم است. در میان متدهای فراابتکاری گوناگون، جستجوی ممنوعه به دلیل گسترش زیاد آن در مسایل بهینه سازی مختلف و همچنین ویژگی حافظه دار بودن و سرعت بالا، آن را به یک روش رایج تبدیل کرده است. بنابراین، در این مقاله یک روش جدید فراابتکاری مبتنی بر جستجوی ممنوعه پیشنهاد می شود که با استفاده از روش های تقریب نزدیکترین همسایگی و جستجوی مگس میوه بهینه سازی می شود. برای ارزیابی روش پیشنهادی، یک مطالعه موردی روی خانه های هوشمند با زیرساخت پیشنهادی و با داده های واقعی شبیه سازی شده است. هر دو روش در این زیرساخت اجرا شده و کارایی آن ها بر اساس زمان اجرا و حافظه ی مصرفی محاسبه شده که نتایج نشان دهنده توانایی و کارایی بالای روش پیشنهادی برای به کارگیری در مسایل گوناگون است.

    کلیدواژگان: رایانش ابری، زمانبندی وظایف، خانه هوشمند، سیستم مدیریت انرژی خانه، جستجوی ممنوعه، پلتفرم ابر-مه
  • الهه زکی خانی، مهدی صمدی*، محمدابراهیم حاجی آبادی صفحات 31-42

    با نفوذ رو به افزایش نیروگاه‏های بادی در سیستم‏های قدرت، ضرورت آنالیز اثرات تولید تصادفی آن‏ها در قیمت‏های بازار برق احساس می‏شود. تحقیقات انجام شده در این زمینه، غالبا با ابزار شبیه‏سازی انجام شده و مدل‏سازی تحلیلی ریاضی به ندرت دیده می‏شود. هدف این مقاله، ارایه روشی تحلیلی برای ارزیابی اثرات پارامترهای مولد بادی بر قیمت‏های گرهی بازار برق، بر پایه اصول علم احتمال می‏باشد. برای رسیدن به این هدف، از تجزیه قیمت گرهی در یک بازار مقید به قیود انتقال استفاده می‏گردد. در این راستا، با استفاده از توزیع رایلی برای سرعت باد، تابعیت غیر خطی توان مولد بادی نسبت به سرعت باد و اصول ریاضی احتمالات، توزیع احتمال توان یک مولد بادی بصورت تحلیلی تعیین شده است. سپس، متوسط توان بادی با یک حل دقیق و مفصل ریاضی، در یک فرم بسته و بصورت تابعی از مشخصات احتمالی سرعت باد و مشخصات توربین بادی بدست می‏آید. در نهایت، برای متوسط قیمت در هر باس یک رابطه تحلیلی دقیق تعیین می‏شود. روش پیشنهادی، بر روی شبکه 24 باسه استاندارد IEEE آزمایش شده است. مقایسه نتایج روش تحلیلی پیشنهادی با نتایج شبیه‏سازی و آنالیز حساسیت انجام شده، دقت و کارایی مدل پیشنهادی را بخوبی نشان می‏دهد.

    کلیدواژگان: بازار برق، مدل‏سازی تحلیلی، توزیع احتمال وایبل، قیمت گرهی برق، پارامترهای توربین بادی
  • شهریار جاماسب*، محمدباقر خدابخشی صفحات 43-56

    مدل جامعی برای یک خازن MOS، که به صورت یک MOSFET n- کانال نوع تخلیه ای در یک فن آوری CMOS زیر میکرونی پیاده سازی شده است، ارایه می شود. این مدل وابستگی ظرفیت خازنی به ولتاژ گیت را روی تمام گستره ولتاژ های عملیاتی منظور می کند و برازش آن به داده های اندازه گیری شده ظرفیت خازنی بر حسب ولتاژ گیت با ضریب همبستگی 99/0 مشخص می شود. با در نظر گرفتن خازن گیت و مقاومت سری مربوط به آن به صورت یک شبه RC گسترده یک مدل زیر مداری واقع گرایانه برای خازن MOS به دست می آید که امکان مدل سازی دقیق آثار پرفرکانس و ضریب کیفیت خازن را فراهم می کند. کارآیی مدل زیر مداری خازن MOS با استفاده از شبیه سازی اسپایس تایید شد و برای بهبود دقت شبیه سازی روشی برای مدل سازی مقاومت کانال به صورت یک مقاومت کنترل شونده با ولتاژ ارایه شد.

    کلیدواژگان: خازنMOS، MOSFET مد تخلیه ای، مدل BSIM، مدل ضخامت بار
  • محمد علیزاده، میثم جعفری نوکندی*، مجید شهابی صفحات 57-69

    تقاضای شارژ خودروهای برقی در ایستگاه های شارژ سریع می تواند تاثیر قابل توجهی بر مسئله بازآرایی و جزیره سازی شبکه توزیع داشته باشد. لذا در این مقاله، مسئله جزیره سازی دینامیکی و بازآرایی شبکه توزیع با در نظر گرفتن تاثیر متقابل شبکه های الکتریکی و حمل و نقل در قالب یک مدل دومرحله ای ارایه شده است. در مرحله اول، با در نظر گرفتن تمایل رانندگان خودروهای برقی به شارژ در ایستگاه های شارژ سریع نزدیک تر، مدلی خطی برای تعیین تقاضای شارژ ایستگاه های موجود پیشنهاد شده است. در مرحله دوم، یک مدل خطی آمیخته با عدد صحیح مبتنی بر سناریو با هدف حداکثرکردن شاخص تاب آوری شبکه توزیع مجهز به منابع تولید پراکنده با بهره گیری از طرح های جزیره سازی دینامیکی و بازآرایی پیشنهاد شده است. شاخص تاب آوری شامل دو هدف حداکثر کردن بازیابی بارهای شبکه و حداکثرکردن تامین انرژی ایستگاه های شارژ سریع است. مدل پیشنهادی با اعمال چندین خطای هم زمان روی شبکه 118 شینه و حضور خودروهای برقی در شبکه ترافیکی 25 گره ای در نرم افزار GAMS، پیاده سازی شده است. نتایج شبیه سازی، کارایی مدل پیشنهادی را در ارزیابی تاب آوری شبکه توزیع فعال در حضور خودروهای برقی نشان می دهد.

    کلیدواژگان: ایستگاه های شارژ سریع، بازآرایی، تاب آوری، جزیره سازی دینامیکی، خودروهای برقی
  • سمیه فتوحی* صفحات 69-80

    در این پژوهش طراحی و مدلسازی اتمی سوییچ الکترومکانیکی لغزشی چند حالته مبتنی بر نانو نوار گرفاینی آلفا دولایه با بهره گیری از نظریه تابعی چگالی و ترکیب آن با تابع گرین غیرتعادلی ارایه میشود. ساختار سوییچ پیشنهادی به صورتی است که لایه گرفاین زیرین ثابت و لایه بالایی آن متحرک است. چینشهای متمایز از طریق حرکت لایه بالایی نسبت به لایه پایینی در راستای محور افقی و با فواصل جابجایی 9.44Å ، 8.41 Å، 3.97 Å ،2.61 Å، 1.36 Å, و 12/06Å ایجاد میشود و این حالتهای قرارگیری به ترتیب AA، Aa2,AB2,,AB,Aa,Ab , نام گذاری شده اند. چینشهای مذکور باعث میشود مقدار جریان سوییچ پیشنهادی در هر حالت به طور چشمگیر تغییر کند. برای بررسی دقیقتر جریان سوییچ پیشنهادی در ولتاژهای بایاس معین، طیف انتقال، ساختار نوار انرژی، طیف انرژی مولکولی، هامیلتونین خودسازگار تصویرشده مولکولی و مسیرهای انتقال محلی محاسبه میشود. نتایج مدلسازی نشان میدهد که مقدار ضریب سوییچنگ جریانی افزاره پیشنهادی بسته به نوع چینش اتمی دولایه از حالتی به حالت دیگر به طور قابل توجهی تغییر میکند. بیشترین ضریب سوییچینگ افزاره پیشنهادی به میزان 34، در ولتاژ بایاس 0.6 و بین دو حالتAa2 و AA حاصل میشود. براساس نتایج بدست آمده با جابجایی کنترل شده دو لایه گرفاینی نسبت به یکدیگر میتوان سوییچ لغزشی چند حالته کاربردی درحوزه نانوالکترومکانیک ارایه داد. در کنار رفتار مناسب سوییچینگ، نتایج استخراج شده در سه حالت Aa،AB2 و AA، مقاومت دیفرانسیلی منفی را نمایان میکند که قابلیت استفاده سوییچ پیشنهادی در ادوات کوانتومی تونلی را نیز میسر میکند.

    کلیدواژگان: مدل سازی اتمی، سوئیچ الکترومکانیکی، نانو نوارگرفاینی آلفا، نظریه تابعی چگالی، تابع گرین غیرتعادلی، ترابرد الکترونی
  • سید محمد جوکار*، نواب زمانی نژاد، پیام پرواسی، جعفر جوانمردی صفحات 81-95

    امروزه قوانین زیست محیطی سختگیرانه ای برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای وضع شده است. بنابراین استفاده از منابع حرارتی اتلافی می تواند راه حل مناسبی برای کاهش این نوع گازها باشد. در این تحقیق، ابتدا فرایند تراکم فشار در یک ایستگاه تقویت فشار گاز بررسی، و با نرم افزار ASPEN-HYSYS شبیه سازی شده است، سپس با توجه به اینکه در ایستگاه مورد نظر، عملیات افزایش فشار گاز بوسیله توربوکمپرسور و عمل نم زدایی از گاز با حلال گلایکول انجام می گیرد، طراحی جدیدی به منظور کاهش مصرف سوخت در کوره گرم کن گلایکول و استفاده مجدد از گرمای خروجی دودکش توربین پیشنهاد شده است. در این طراحی، استفاده از انرژی هدررفت گازهای داغ خروجی از دودکش توربین برای گرم کردن گلایکول اشباع منجر به کاهش مصرف روزانه 5/2 میلیون فوت مکعب گاز شیرین می شود. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی فرایند پیشنهادی با داده های واحد عملیاتی، نشان می دهد که با این روش می توان به دمای°C198 برای احیاء گلایکول نیز دست یافت. همچنین، بازگردانی بخارات گلایکول خروجی از برج احیاء به چرخه مصرف، باعث صرفه جویی در حدود 8/188 کیلو گرم مول بر ساعت گلایکول می شود. در نهایت با انتقال گازهای خروجی از دودکش توربین (پس از تبادل حرارت با گلایکول اشباع) به منطقه ایمن در بیرون از ایستگاه تقویت فشار گاز، با کاهش انتشار آلاینده ها در محیط به بالابردن شاخص های مواجهه شغلی کمک شایانی می کند. ارزیابی اقتصادی فرایند مذکور نشان می دهد به کمک این روش با صرف هزینه ای معادل با 21340 میلیون ریال می توان به میزان 24017 میلیون ریال در روز از هزینه های واحد کم نمود.

    کلیدواژگان: بازیافت حرارت، شبیه سازی فرایند، نرم افزار ASPEN-HYSYS، دودکش توربین، گلایکول، کاهش مصرف سوخت
  • میثم عفتی*، رحمت مدندوست، زینب فلاح زرجو بازکیایی صفحات 97-111
    امروزه تعیین مقاومت بتن درجا مورد توجه می باشد. ضرورت انجام آزمایشات درجا را می توان در عامل های مختلفی چون تغییر یا توسعه سازه، بررسی کیفیت، ارزیابی مقاومت و عملکرد بتن جستجو نمود. در این پژوهش عملکرد مدل های شبکه عصبی مصنوعی، نروفازی تطبیقی و رگرسیون چندمتغیره با هدف سنجش مقاومت فشاری بتن با روش بارنقطه ای مورد مطالعه قرار می گیرد. همچنین رابطه ای محاسباتی بر اساس روش رگرسیون چند متغیره برای پیش بینی مقاومت فشاری بتن با روش بارنقطه ای ارایه می گردد. نتیجه ها نشان دهنده مناسب بودن مدل های شبکه عصبی، نروفازی و رگرسیون در پیش بینی مقاومت بتن به روش بارنقطه ای می باشد. ضریب همبستگی برای مدل شبکه عصبی، نروفازی و رگرسیون غیر خطی به ترتیب 9412/0، 8244/0 و 8938/0 می باشند که نشاندهنده خطای کمتر و در نتیجه دقت و عملکرد بهتر شبکه عصبی در پیش بینی مقاومت بتن به روش بارنقطه ای دارد. نتیجه این پژوهش نشان داد که توافق خوبی میان سنجش مقاومت فشاری بتن به کمک روش های مبتنی بر محاسبات نرم و مشاهدات واقعی وجود دارد که علاوه بر سهولت، موجب کاهش زمان ارزیابی مقاومت بتن درجا و کاهش هزینه ی مطالعات آزمایشگاهی می شود.
    کلیدواژگان: مقاومت فشاری بتن، روش بارنقطه ای، محاسبات نرم، شبکه عصبی مصنوعی، سیستم نروفازی، رگرسیون چندمتغیره
  • زهرا شیخی، اکبر قنبری*، محمد کارکن، سلیمان قوهستانی صفحات 113-126

    در سال های اخیر تحقیقات متعددی جهت استفاده از روش های بدون شبکه با توجه به مزایای این روش ها جهت بررسی مسایل مکانیک شکست انجام گرفته است. به کارگیری روش های بدون شبکه در مکانیک شکست، به دلیل استفاده این روش ها از توابع شکل پیوسته، نیازمند اعمال اصلاحاتی در تابع شکل در نزدیکی سطح ناپیوستگی می باشد. در این پژوهش، روش حداقل مربعات گسسته به عنوان یک روش بدون شبکه واقعی، جهت حل مسایل صفحات حاوی ترک، با استفاده از تکنیک های تعریف ترک به کار گرفته شده است. در این روش گسسته سازی حوزه مسیله، توسط نقاط گرهی غیر مرتبط صورت می گیرد و برای تقریب تابع از توابع شکل با درجه پیوستگی بالای حداقل مربعات متحرک استفاده شده است. هم چنین از فرم قوی معادلات جهت گسسته سازی معادلات استفاده می کند. روش حداقل مربعات گسسته، مبتنی بر به حداقل رساندن مربعات باقی مانده ها در تعدادی از نقاط همسایه ی گره اصلی استوار است. شرایط مرزی به راحتی توسط ضرایب پنالتی اعمال می شود. جهت تعریف ناپیوستگی تکنیک های پرکاربرد معیار دید، روش پراش و شفافیت استفاده شده است. عملکرد هر سه تکنیک در سطوح ترک بجز در نزدیکی نوک ترک یکسان است. کارایی و دقت کاربرد هر تکنیک در روش بدون شبکه حداقل مربعات گسسته با مقایسه نتایج حاصل از مدل سازی مثالی بررسی شده است. مقایسه نتایج و میزان خطای هر تکنیک، بیانگر توانایی و دقت بالای روش پیشنهادی در استفاده از تکنیک های مختلف تعریف ناپیوستگی در مدل سازی صفحات ترکدار می باشد. هم چنین نشان داده شده است که تکنیک پراش عملکرد نسبتا بهتری در مواجهه با مرزهای ناپیوسته در مقایسه با تکنیک های شفافیت و معیار دید دارد.

    کلیدواژگان: روش بدون شبکه، حداقل مربعات گسسته، تکنیک تعریف ناپیوستگی، معیار دید، روش پراش، روش شفافیت
  • آوات قم قلعه*، محمد عطایی، رضا خالوکاکائی، عباس برآبادی، علی نوری قراحسنلو صفحات 127-140

    ایده عمر مفید باقیمانده (RUL) مفهوم جدیدی است که پیش بینی از مقدار عمر مفید باقیمانده را قبل از وقوع خرابی برای یک سیستم براساس شرایط حاضر و پروفیل عملیاتی گذشته ارایه می دهد. در این مقاله RUL بر اساس قابلیت اطمینان تخمین زده شده و برای تقارب به نتایج واقعی تر تاثیر شرایط محیط عملیاتی در قالب فاکتورهای ریسک در تحلیل ها وارد می شود. این شرایط محیطی گاها ملموس و قابل مشاهده (مشهود) بوده و گاها امکان تعیین و وارد کردن آنها در تحلیل وجود نداشته و تحت عنوان "فاکتورهای ریسک نامشهود" با استفاده از مدل شکنندگی تحلیل می شوند. تحلیل RUL مطالعه موردی از سیستم بارگیری (شاول کوماتسو 1250) معدن مس سونگون براساس اطلاعات یک بازه 8 ماه نشان داد؛ مدل ویبول نرخ مخاطره متناسب مرکب (W-MPHM) بهترین برازش بر داده ها را دارد. در این مدل چهار فاکتور ریسک شیفت، نوع سنگ، نوع باربر و بارندگی با ضرایب نرخ مخاطره 66/2، 79/3، 204/0 و 18/1 به عنوان موثرترین فاکتورها بدست آمد. RUL سیستم در دو سناریوی بعد طی حدود 40 ساعت صفر شد. همچنین مقایسه این W-MPHM با مدل نمایی نرخ مخاطره متناسب (Ex-PHM) در طول 80 ساعت کارکرد نشان داد تقعر منحنی قابلیت اطمینان در مدل دومی بیشتر از مدل اولی بوده و در واقع سرعت افت قابلیت اطمینان در شروع بازه بیشتر می باشد. این موضوع نشان دهنده تاثیر فاکتورهای ریسک نامشهود در تحلیل علمکرد سیستم بوده و صرف نظر از آن نااریبی قابل توجهی در نتایج بدنبال خواهد شد.

    کلیدواژگان: ماشین آلات سنگین، قابلیت اطمینان، عمر مفید باقیمانده، مدل شکنندگی
  • مصطفی کاظمی*، احمد رهبر رنجی، میلاد مهدیان پور صفحات 141-149

    یک سازه در طول عمر خود دچار عیوبی می شود که نقش آن ها در استحکام سازه ای می بایستی مورد بررسی قرار گیرد. از جمله این عیوب سازه ای ترک های سازه ای و خوردگی می باشد که در اثر عوامل مختلف به وجود می آیند و گسترش می یابند. پیش بینی استحکام نهایی ورق های خورده شده و دارای ترک یک موضوع مهم برای تخمین عمر سازه ها می باشد. در این مطالعه از روش غیرخطی اجزای محدود (FEM) برای تحلیل استحکام نهایی ورق فولادی تقویت شده با خوردگی حفر ه ای و ترک پرداخته شده است. پارامتر های موثر شامل طول ترک، زاویه ترک، چگالی خوردگی حفره ای و تعداد حفره ها می باشند. نتایج نشان داده می شود که استحکام نهایی با افزایش طول ترک و افزایش زاویه ترک نسبت به لبه بارگذاری شده، کاهش می یابد. کاهش استحکام نهایی در ورق متوسط به DOP و تعداد حفره بستگی دارد. همچنین در تاثیر همزمان این عیوب، کاهش استحکام نهایی ورق منجر به قانون جمع آثار نمی گردد.

    کلیدواژگان: استحکام نهایی، ترک مورب، خوردگی حفره ای، ورق تقویت شده
  • احمد باقری*، امیرمحمد اصغری گنجی صفحات 151-161

    این مقاله به طراحی کنترل کننده مقاوم برای سیستم تعلیق نیمه فعال خودرو، با استفاده از نامعادلات ماتریسی خطی اختصاص یافته است. در سیستم های کنترل خودرو، قابلیت میرایی ارتعاشات با توجه به طیف وسیع اغتشاشات خارجی و داخلی اهمیت بسیاری دارد. به طور کلی نمی توان تمام ارتعاشات وارد شده را به طور کامل از بین برد. براین اساس ضرورت استفاده از روش های مقاوم کنترلی اجتناب ناپذیر می شود. در این پژوهش از مدل یک چهارم خودرو دارای میراگر الکتریکی، همراه با المان های دمپر و فنر برای سیستم تعلیق نیمه فعال استفاده شده است. با بهره گیری از تیوری فیدبک حالت و مسئله پایداری لیابانوف همراه با در نظر گرفتن متغیرهای آزاد وزنی برای بهبود عملکرد، کنترل کننده ای با رویکرد نامساوی ماتریس خطی طراحی شده تا در برابر اغتشاشات جاده ای مقاوم باشد. همچنین در طراحی کنترل کننده، محدودیت تولید انرژی کنترلی برای دمپر در نظر گرفته شده است. مقایسه نتایج حاصل نشان می دهد کاهش قابل توجه اثر اغتشاش درسیستم تعلیق نیمه فعال، در مقایسه با سیستم غیرفعال در برابر ورودی اغتشاشی سرعت گیر و تصادفی حاصل شده است.

    کلیدواژگان: نامساوی ماتریس خطی، کنترل مقاوم ∞ H، میراگر الکتریکی، نیمه فعال، فیدبک حالت
|
  • Amir Ghiasvand *, Soran Hassanifard, Mohammad Zehsaz Pages 1-12

    Friction stir welding (FSW) is one of the solid state bonding methods. One of the influential factors in the mechanical and metallurgical properties of the final joint is the tool shape, which, with its proper design, can ultimately achieve optimal joint quality. Among the improvements and modifications to improve the mechanical properties of the final joint is the out-centering of the tool pin against the tool shoulder. Off centering the pin will cause the heat generated in the larger area to be distributed and the volume of the deformed material will increase with the eccentric tool pin. In the present study, the development of a thermal model for tool with an out of center pin has been addressed. The modified model is a function of the temperature dependent friction coefficient and the temperature dependent yield stress, in which the effect of key parameters on the amount of heat generated in the FSW process is considered. In order to validate the developed model, three-dimensional simulation using ABAQUS package and two subroutines of USDFLD and DFLUX have been used. The results of the temperature distribution of the developed model have been compared with the experimental and analytical results of previous studies. Based on the results, the present thermal model with high precision is able to predict the maximum temperature and temperature distribution in the FSW process with an out of center tool pin.

    Keywords: Friction stir welding, Thermal model, Tool shape, Eccentric pin, Numerical simulation
  • Seydeh Samira Mohammadi, Mahmood Deypir * Pages 13-29

    Today, with the expansion of communications and the high volume of data, the need for processing them at a low time and high speed has increased. On the other hand, conducting this high volume of computing operations requires systems with high processing and storage capacities, which increase total costs. Therefore, proposing a suitable and affordable infrastructure can be very significant. The purpose of this article is to design and build an infrastructure with low cost and low response time using cloud computing and fog computing. In addition, one of the key issues for creating such systems at a high speed and minimum time is to allocate appropriate system resources to user requests and, as a result, load balances in the system. Among the various meta-heuristic methods, the Tabu search makes it a common practice because of its high expansion in various optimization issues, as well as memory and high-speed features. Therefore, in this paper, a new method based on Tabu Search is proposed that is optimized using approximate nearest neighbor (ANN) and Fruit Fly Optimization (FOA) Algorithms. Finally, to evaluate and validate the proposed method, a case study is simulated on a smart home using the proposed infrastructure and the real dataset. Both methods have been implemented in this infrastructure and their performance has been calculated based on runtime and memory consumption. The results show the capability and efficiency of the proposed method for the various problems.

    Keywords: cloud computing, Fog computing, Job scheduling, Smart home, Tabu Search, Fog-Cloud platform
  • Elahe Zakikhani, Mahdi Samadi *, MohammadEbrahim Hajiabadi Pages 31-42

    With the increase of wind penetration in the power systems, analysis of the probabilistic production on the market prices becomes more essential. Researches in this field are often focused on the simulation tools and analytical modeling is rarely used. The aim of this paper is to provide an analytical method for assessing the effects of wind power plants on the Locational Marginal Price (LMP) based on some strong mathematical foundation. In order to achieve this goal, we utilize the LMP decomposition in the transmission-constrained electricity market. In this regard, using Rayleigh distribution for wind speed, nonlinear relationship between the wind power output and the wind speed and mathematical principles of probability, the probability density function of the wind power is determined analytically. Then, the average wind power with a precise mathematical formulation is obtained in a closed form and as a function of the wind turbine parameters and the probabilistic characteristic of wind speed. Finally, for the average LMP of each bus, an exact analytical relationship is determined. The proposed method is tested on the IEEE 24 bus system. The results show the efficiency of the proposed model.

    Keywords: Electricity market, Analytical modeling, Weibull distribution, Wind Turbine Parameters, Locational Marginal Price
  • Shahriar Jamasb *, MohammadBagher Khodabakhshi Pages 43-56

    A comprehensive model is developed for a MOS capacitor implemented using an n-channel depletion-mode MOSFET fabricated in a submicron CMOS technology, which accounts for the voltage dependence of the MOS capacitance over the entire range of operating voltages. Notably, the model, whose active component is derived based on the industry-standard BSIM3 MOSFET model, fits the measured capacitance-voltage data with a goodness of fit characterized by coefficient of correlation of 0.99. By considering the gate capacitance and the associated series resistance as a distributed RC network, a realistic compact subcircuit representation is obtained for the MOS capacitor, which allows modeling of the limitations imposed by the series resistance on high-frequency performance as well as the quality factor. The model is also validated based on SPICE simulations with the channel resistance associated with the inversion layer modeled as a voltage-controlled resistor in order to account for the nonlinearity of the parasitic series resistance associated with the MOS capacitor.

    Keywords: MOS capacitor, Depletion-mode MOSFET, BSIM3 Model, Charge thickness model
  • Mohammad Alizadeh, Meisam Jaafari *, Majid Shahabi Pages 57-69

    Charging demand of electric vehicles in fast charging stations can have a significant impact on the process of distribution network reconfiguration and islanding. In this paper, the problem of dynamic islanding and reconfiguration of distribution network taking into account the interaction between the electrical and traffic networks is presented in the form of a two-stage model. In the first step, considering the tendency of electric vehicle to charge at nearby fast charging stations, a linear model has been proposed to determine the charging demand of the stations in the traffic network. In the second step, a scenario-based mixed integer linear model is proposed with the aim of maximizing the resiliency index of the distribution network equipped with dispersed production resources using dynamic islanding and reconfiguration plans. The resiliency index consists of two objectives, including maximizing network load recovery and maximizing the power supply of fast charging stations. In order to provide a realistic model, the uncertainty in predicting the productive capacity of renewable wind resources has been considered. The proposed model has been implemented on the 118 bus network by applying several simultaneous faults and the presence of electric vehicles in the 25-node traffic network in the GAMS software. The simulation results illustrate the effectiveness of the proposed model in evaluating the resiliency of the active distribution network in the presence of electric vehicles.

    Keywords: Fast charging stations, reconfiguration, Resiliency, Dynamic Islanding, Electric vehicles
  • Somayeh Fotoohi * Pages 69-80

    Design and atomic modeling of multimode sliding electromechanical switch based on bilayer armchair α-graphyne nanoribbons is presented by applying density functional theory combined with non-equilibrium Green's function. In the proposed switch structure, bottom graphyne layer is fixed and the top layer is movable. Different configurations of the layers are created by moving the top layer over the bottom layer along the horizontal axis with the displacement distances of 1.36 Å, 2.61 Å, 3.97 Å, 8.41 Å, 9.44 Å and 12.6 Å. There are six stacking modes for the proposed device, namely, Ab, Aa, AB, AB2, Aa2 and AA, respectively. These configurations cause current of the proposed switch changes significantly in each stacking mode. To better analysis, electronic transport properties of the proposed device including transmission spectrum, band structure, molecular energy spectrum, molecular projected self-consistent hamiltonian and transmission pathway are calculated. The results demonstrate that current switching ratio of the proposed device depends on the type of layers atomic configuration and varies significantly from one mode to another. Maximum switching ratio of the proposed device can reach to 34 under the bias voltage of 0.6 V when the mode of device changes from AA to Aa2. This suggests that the controlled movement of layers in bilayer graphyne nanoribbon device could be a useful method to design multimode sliding electromechanical switch in nanoelectronics field. Furthermore, the results exhibit that the proposed device in AB2, Aa and AA modes reveals negative differential resistance which provides ability of its usage in quantum tunneling device.

  • Seyyed Mohammad Jokar *, Navab Zamaninejad, Payam Parvasi, Jafar Javanmardi Pages 81-95

    The environmental laws cause industries to find solutions for reducing greenhouse gas emissions. In this paper, the study and simulation of a domestic gas compression station by the Aspen-Hysys software has been considered. At this station, the gas turbines are applied to make mechanical energy from a combustible fuel to drive the compressors. Furthermore, the glycol dehydration process is used to absorb water from the natural gas stream. In order to reduce the glycol heater fuel consumption, the heat recovery of the turbine stacks, and restoring the exit glycol vapors, a new design is proposed and simulated. In this design, the heat of the flue gas leaving the turbine is transferred to the rich glycol stream exiting the absorption column. This will lead to a reduction in the daily consumption of sweet gas by 2.5 million cubic feet. The comparison of the simulation results with plant data shows that the proposed process could achieve the temperature requirements of glycol regeneration (198 °C). By restoring the glycol vapors from the regeneration tower to the consumption cycle, it is possible to decrease the Glycol consumption by 188.8 kgmole/h. Finally, by transferring the flue gas from the turbine (after heat exchanging with rich glycol stream) to the safe area outside the gas compression station, it helps to prevent the release of hazardous pollutants and increase the occupational exposure indices. In addition, the cost evaluation shows that the proposed process is capable of saving 24017 million rials per day by consuming 21340 million rials.

    Keywords: Heat Recovery, Process Simulation, ASPEN-HYSYS Software, Turbine stack, Glycol dehydration, Reducing fuel consumption
  • Meysam Effati *, Rahmat Madandoust, Zeynab Fallah Zarjoo Bazkiyaei Pages 97-111
    Nowadays, the determination of in place concrete strength is more considered. The necessity of in situ testing can be expressed in a variety of applications such as structural change or development, quality control, strength evaluation and concrete performance. In this study the performance of Artificial neural network, Adaptive neuro-fuzzy and Multivariate regression function for measuring the concrete compressive strength with point load method are studied. Also, a computational relation is presented based on multivariate regression method for prediction of concrete compressive strength with point load method. The results indicated that the neural network, neuro-fuzzy and regression models are suitable in prediction of concrete strength with point load method. The correlation coefficients of neural network, neuro-fuzzy and nonlinear regression models were obtained 0.9412, 0.8244 and 0.8938 respectively. This indicates less error and as a result better accuracy and performance of neural network in prediction of concrete strength with point load method. The results of this study showed that there is good agreement between concrete compressive strength test with soft computing methods and real observations. The proposed method of this study, in addition to ease, reduces the time of evaluation of in situ concrete strength and reduces the cost of laboratory studies.
    Keywords: Concrete compressive strength, Point load method, Soft computing, Artificial Neural Network, neuro-fuzzy system, Multivariate regression
  • Zahra Sheikhi, Akbar Ghanbari *, Mohammad Karkon, Soleyman Ghoohestani Pages 113-126

    In recently, several studies have been conducted to use meshless methods according to their advantages to investigate fracture mechanical problems. The utilization of meshless methods in fracture mechanics because of using continuous shape functions requires modification of the shape function near the discontinuity surface. In this paper, the discrete least squares Meshless method (DLSM) is used as truly meshless methods for solving the crack problems, by using discontinuities definition techniques. In the discrete least squares method, the problem domain discretization is performed by unrelated node points, for approximate the functions, used moving least squares shape function with high order of continuity. It also used the strong form of equations for discretizated the equations. The DLSM method is based on minimizing the squares of the residuals at a number of neighboring points of the main node. The boundary conditions are easily enforced by the penalty method. The visibility criterion, diffraction and transparency method are used to define the discontinuity. The performance of all three techniques is the same on the crack surfaces except near the crack tip. The efficiency and accuracy of applying each technique in the DLSM method are investigated by comparing the results of example modeling. Comparison of the results and the error rate of each technique indicate the high capability and accuracy of the proposed method for applying different techniques in cracked plate modeling. It has been shown that the diffraction method performs relatively better in dealing of discontinuous boundaries compared to the transparency and visibility criterion techniques.

    Keywords: Meshless Method, Discrete Least Squares, Discontinuities Definition Techniques, Visibility Criterion, Diffraction Method, Transparency Method
  • Awat Ghomghale *, Mohammad Ataei, Reza Khalokakaie, Abbas Barabadi, Ali Nouri Qarahasanlou Pages 127-140

    The Residual Useful Life (RUL) provides an estimate of the amount of remaining useful life before a system failure depends on present conditions and past operating profiles. In this paper, RUL is estimated based on reliability and for convergence to more realistic results, the effect of operating environment conditions in the form of risk factors (covariates) is also involved in the analysis. These environmental conditions are sometimes tangible and "Observable" and sometimes it is not possible to determine and include them in the analysis and are analyzed under the heading of “Un-observed risk factors” using the frailty model. RUL analysis of a case study of the loading system (Shovel Komatsu 1250) of the Sungun copper mine, based on 8-months information, has shown that Weibull mix proportional hazard (W-MPHM) has the best fit on the data. In this model, four factors including shift risk, rock kind, load system type and rainfall with risk rates of 2.66, 3.79, 0.204 and 1.18 have been obtained as the most effective factors. System RUL became zero in the next two scenarios in about 40 hours. Comparing W-MPHM and Ex-PHM over 80 hours showed that the concurrence of the reliability curve in the second model is greater than the first model and in fact, the reliability decline rate is higher at the beginning of the range. This result reflects the impact of intangible risk factors on system performance analysis, regardless of which will result in significant inconsistency of the results.

    Keywords: Heavy Equipment, Reliability, Remaining Useful Life (RUL), Frailty model
  • Mostafa Kazemi *, Ahmad Rahbar Ranji, Milad Mahdianpour Pages 141-149

    A structure encounters some defects during its lifetime that their role in structure’s strength must be surveyed . These structural defects as structural corrosion, corrosion and crack are created and expanded by various factors . Predicting residual strength of plate with damages such as cracking and corrosion is important for service life estimation of aged structures . A series of nonlinear finite element method (FEM) is employed for ultimate strength analysis of steel stiffened plates with pitting corrosion and crack . Influential parameters are including crack length, crack angle , pitting corrosion density and number of pits . It is found that ultimate strength is reduced by increasing crack length and crack angle relative to the loaded edge . Reduction of ultimate strength in intermediate plate depends on number of pitting and DOP . Reduction of ultimate strength plate in the effect of these defects dose not obey superposition principle.

    Keywords: ''Ultimate Strength '', '' Inclined Crack'', ''Pitting Corrosion'', ''Stiffened Plate''
  • Ahmad Bagheri *, Amirmohammad Asghari Ganji Pages 151-161

    This paper presents a robust-H∞ control design for semi-active vehicle suspension system using linear matrix inequality (LMI). In vehicle control systems, the ability of damping vibrations is very important against the external and internal disturbances. Generally, it is impossible to eliminate all of this disturbances. So, it is essential to use the robust control. In this study, the state feedback H∞ control for a semi-active quarter car suspension using an Electro-Rheological damper with spring and damper has been utilized. The dynamic system of the suspension systems is first formed in terms of the control objectives, i.e., ride comfort, road holding, suspension deflection, and maximum actuator control force. Furthermore, using Lyapanov theory and linear matrix inequality (LMI) approach, the existence of admissible controllers is formulated in terms of LMIs. Finally, a quarter-car vehicle model is exploited to demonstrate the effectiveness of the proposed method. A comparison of the results between the semi-active and passive suspension systems shows that the attenuation of the disturbance against the bump and stochastic input is obtained.

    Keywords: Linear Matrix Inequality, Robust control, Electro-rheological, Semi-Active, State Feedback