فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال بیست و یکم شماره 8 (امرداد 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/05/12
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محسن رفعت، شهرام آزادی*، علی آنالویی، سجاد سمیعی، حمیدرضا رضایی صفحات 501-516

    با گسترش روزافزون تصادفات جاده ای و به دنبال آن توسعه سیستم های کمک راننده، اهمیت خودروهای خودران بیش از پیش افزایش یافته است. همزمان با مطرح شدن بحث خودروهای خودران، لزوم توجه به ایمنی این خودروها و تاثیرات سایر خودروهای حاضر در جریان ترافیک بر عملکرد آنها نیز افزایش می یابد. طراحی و کنترل مسیر حرکت با در نظرگرفتن خودروهای اطراف در شرایط ترافیکی دینامیکی ناپایدار در حین مانورهای پیچیده از مهمترین مشکلات پیش روی خودروهای خودران می باشند. علی رغم پژوهش های مختلف در حوزه تعویض خط در شرایط ترافیکی پویا و حتی سرعت های بحرانی، درنظرگرفتن شرایط دینامیکی گذرا در آنها محدود به لحظه شروع مانور بوده و راه حلی برای تغییرات لحظه ای خودروهای اطراف در حین مانور ارایه نشده است. الگوریتم ارایه شده در این مقاله، قادر است با توجه به تصمیمات ناگهانی خودروهای اطراف در حین مانور، مسیرهای ایمن جدید را به صورت بهینه طراحی کند، همچنین اجتناب از برخورد در سراسر مانور را از طریق کنترل همزمان طولی و عرضی خودرو تضمین می کند. پس از ارزیابی عملکرد واحد تصمیم گیری توسط آزمونهای رانندگی واقعی، الگوریتم ارایه شده با سناریوهای مختلف در شرایط پیچیده ترافیکی گذرای دینامیکی با استفاده از نرم افزار متلب شبیه سازی شده و عملکرد مطلوب آن در محیط دینامیکی IPG CarMaker در حضور خودروهای اطراف به اثبات رسیده است.

    کلیدواژگان: تعویض خط، طراحی مسیر، تصمیم گیری، کنترلر مود لغزان، خودروهای خودران
  • سعید حافظی شاه نشین، مجید فولادوند، محمدحسین علایی* صفحات 517-525

    فرآیند انتقال رزین به قالب (RTM)، فرآیندی قالب بسته است که در تیراژ بالا به کار می رود. این روش شامل پارامترهای مختلف از جمله دمای قالب، فشار خلا، مکان تزریق، کسر حجمی الیاف، فشار تزریق و غیره می باشد. تنها با کنترل این پارمترها است که می توان به قطعات با کیفیت سطح مطلوب و خواص بالا رسید. در این تحقیق با انتخاب پارامترهای ورودی شامل فشار خلا، محل تزریق و دمای قالب به بررسی اثر آن ها بر پارامترهای خروجی که شامل زمان پرشدن قالب، زمان پخت قطعه، استحکام کششی و خمشی پرداخته شده است. به این منظور هر کدام از پارامترهای ورودی در سه سطح به صورت فاکتوریل کامل مورد بررسی قرار گرفته و برای این منظور از روش طراحی آزمایش پاسخ رویه سطح  RSM استفاده شده است. بعد از ساخت نمونه های کامپوزیت کربن-اپوکسی با این فرآیند، ارزیابی آن ها از دیدگاه زمان پرشدن، زمان پخت و خواص مکانیکی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان داد که محل تزریق رزین تاثیر بسزایی بر خواص مکانیکی و تیراژ تولید قطعه در فرآیند تزریق رزین به قالب دارد. طبق نتایج، نمونه بهینه با اولویت بخشی بر خواص مکانیکی با پارامترهای دمای قالب 7/106درجه سانتی گراد، فشار خلا 83/0 بار و محل تزریق B (یک ورودی رزین در وسط قطعه و دو خروجی خلا دردو انتهای قطعه) مشخص شد که طی آن، استحکام کششی نمونه به میزان 7/546 مگاپاسکال، استحکام خمشی به میزان 2/759مگاپاسکال، زمان پخت 3/7 دقیقه و زمان پر شدن قالب 6/8 دقیقه توسط نرم افزار حاصل گردید.

    کلیدواژگان: تزریق رزین به قالب (RTM)، کامپوزیت کربن اپوکسی، فشار خلاء، محل تزریق، دمای قالب، روش رویه سطح
  • محمدصادق اقارب پرست، هانیه ارو، محمد آزادی*، محبوبه آزادی صفحات 527-540

    در موتورهای احتراق داخلی، به دلیل وجود بارگذاری متناوب و وجود سایش بین سطح بالایی رینگ پیستون و اولین شیار پیستون امکان وقوع پدیده خستگی فرتینگ در این ناحیه وجود دارد. در این پژوهش، تاثیر روانکاری و اعمال عملیات حرارتی بر رفتار خستگی فرتینگ نانوکامپوزیت پایه آلومینیوم، مورد بررسی قرار گرفته است. آزمون خستگی فرتینگ در شرایط بارگذاری کاملا معکوس شونده و در دمای محیط صورت گرفته است. علاوه بر آن منحنی تنش- عمر و خواص خستگی فرتینگ آلیاژ آلومینیوم پیستون تقویت شده با نانوذرات بدست آمده است. بررسی ریزساختار و سطح شکست توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان انجام شده است. نتایج نشان داد که رفتار شکست غالبا ترد بوده است و همچنین اعمال روانکاری و عملیات حرارتی باعث بهبود عمر خستگی فرتینگ نانوکامپوزیت های پایه آلومینیومی شده است.

    کلیدواژگان: خستگی فرتینگ، عملیات حرارتی، روانکاری با روغن، نانوکامپوزیت پایه آلومینیوم
  • صادق حسین لقب، محمدرضا فراهانی*، مجید صفرآبادی فراهانی صفحات 541-549

    کاربرد کامپوزیت ها به واسطه خواصی چون نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت بالا نسبت به خوردگی و پوسیدگی و همچنین امکان ساخت اشکال پیچیده در صنایع مختلف با رشد چشمگیری مواجه شده، اما به دلیل آسیب پذیری این مواد در برابر بارهای ضربه ای ناخواسته، کاربرد آن ها با محدودیت هایی مواجه شده است. هزینه های نسبتا بالای انجام آزمون ضربه سرعت پایین (LVI) و محدودیت داده برداری به دلیل مدت زمان کوتاه انجام آن از یک طرف و تطبیق نتایج آزمون نفوذ شبه استاتیک (QSI) با آزمون LVI از طرف دیگر، پژوهشگران را برای استفاده از آزمون QSI به جای آزمون LVI  متقاعد کرده است. این پژوهش، تاثیر استفاده از درصدهای مختلف نانورس (1، 3، 5 و 7 درصد) بر خواص ضربه ای کامپوزیت شیشه-اپوکسی را مورد بررسی قرار داده و برای این منظور از آزمون QSI برای پیش بینی رفتار این نانوکامپوزیت بهره برده است. برای توزیع همگن نانورس در بستر رزین از همزن مکانیک و آلتراسونیک استفاده شده که طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX) انجام شده از مقطع نانورزین، موفق بودن این فرایند را تایید کرده است. نتایج آزمون QSI نشان داد که اضافه کردن 3 درصد نانورس به کامپوزیت شیشه-اپوکسی، انرژی جذب شده را تا 16 درصد و سفتی را تا 12 درصد بهبود می دهد. همچنین با بررسی عکس های میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از مقاطع نانورزین ها مشخص شد که نمونه های حاوی 7 درصد نانورس به دلیل به هم چسبیدن نانوذرات با افت خواص مکانیکی روبرو شدند.

    کلیدواژگان: آزمون نفوذ شبه استاتیک، کامپوزیت شیشه-اپوکسی، نانورس، میکروسکوپ الکترونی روبشی
  • آراز نادی، نگار نباتیان*، پویان هاشمی طاری، شیوا عسگری مارنانی صفحات 551-561

    توربین های بادی رایج، برای تولید توان بالا نیاز به پره هایی با طول بسیار زیاد دارند. این مسئله مشکلاتی از قبیل نحوه ساخت پره های عظیم، افزایش هزینه ساخت و حمل و نقل آن را ایجاد می کند. برای بهبود این شرایط، توربین های بادی چند روتور پیشنهاد شده اند. در حالیکه عملکرد توربین های چندروتور پیش تر توسط پژوهشگران مورد مطالعه قرار گرفته، رفتار جریان در ناحیه دنباله آن که در طراحی چیدمان مزارع بادی حایز اهمیت می باشد، کمتر مورد توجه بوده است. لذا تمرکز پژوهش پیش رو بر روی این بخش است. بدین منظور جریان سیال توربین بادی سه روتور با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی مدل سازی شده است. شبیه سازی عددی برای یک توربین تک روتور و توربین سه روتور با زاویه 180 درجه نسبت به هم انجام شده و جهت اعتبار سنجی، نتایج به دست آمده حاصل از شبیه سازی توربین تک روتور با نتایج تجربی مقایسه شد. نتایج عددی توربین تک روتور نشان می دهد که مدل ویکی ینسن- گوسیان می تواند در پیش بینی دنباله توربین تک روتور عملکرد بهتری داشته باشد. با مقایسه نتایج به دست آمده از شبیه سازی توربین بادی سه روتور و نتایج حاصل از مدل های ویکی برای توربین معادل، مشخص می شود که به دلیل برهم کنش جریان های دنباله ای در پشت توربین سه روتور، اتلاف انرژی جنبشی سریع تر اتفاق افتاده و سرعت در پشت توربین سریع تر از توربین بادی تک روتور معادل بازیابی می شود. همین امر اهمیت بسزایی در طراحی بهینه مزارع بادی دارد، چرا که توربین ها می توانند در فاصله کمتری تقریبا 4 برابر قطر معادل توربین تک روتور نسبت به یکدیگر قرار گیرند.

    کلیدواژگان: توربین بادی، توربین بادی چند روتور، جریان دنباله، مدل دنباله دور
  • وفا صمدی، مصطفی مصطفایی*، علی نجات لرستانی صفحات 563-573

    یکی از روش هایی که امروزه برای به حداقل رساندن هزینه نگهداری و تعمیرات تجهیزات صنعتی دوار به کار می رود، پایش وضعیت به کمک تحلیل صدا می باشد. این تحقیق با هدف پایش وضعیت به کمک تحلیل صدا برای تشخیص عیب یک الکتروموتور تک فاز از طریق روش یادگیری ماشین انجام شد. شرایط آزمایش شامل حالت سالم، حالت خرابی بلبرینگ، نابالانسی محور و سایش در محور در دو حالت 500 و1400 دور در دقیقه الکتروموتور بود. برای داده برداری یک دستگاه میکروفن روی الکتروموتور نصب شد. پس از داده برداری و پردازش سیگنال و تجزیه و تحلیل آماری نسبت به خوشه بندی داده ها به روش یادگیری ماشین و الگوریتم K mean و انتخاب ویژگی های برتر به روش PCA اقدام شد. سپس برترین ویژگی ها در فرآیند مدل سازی ANFIS استفاده شد. ویژگی های انتخاب شده شامل ویژگی های انتخاب شده مشترک در هر دو وضعیت دور الکتروموتور بود. پس از ارزیابی مدل ها، نتایج بالاترین دقت تشخیص عیب در بهترین مدل خروجی مقدار 82/96 درصد بود. میانگین دقت طبقه بندی کلی تشخیص عیب 71/95 درصد بود. نتایج نشان داد که آنالیز سیگنال های صوتی و مدل سازی با استفاده از روش یادگیری ماشین می تواند در تشخیص عیوب الکتروموتور استفاده شود. براساس نتایج پایش وضعیت الکتروموتور از طریق آنالیز صوتی موجب کاهش توقفات الکتروموتور و ادامه روند کار آن در صنعت شده و با پایش وضعیت مناسب آن هزینه های تعمیراتی الکتروموتور کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: الکتروموتور، سیگنال صوتی، یادگیری ماشین، تشخیص عیب
|
  • Mohsen Rafat, Shahram Azadi*, Ali Analooee, Sajjad Samiee, Hamidreza Rezaei Pages 501-516

    With the increasing number of road accidents and driver assistance systems development, the automated vehicles importance has increased more than ever. As the issue of automated vehicles comes up, attending to their safety, and the impact of the other vehicles in traffic flow on their performance dramatically increased. One of the most important problems for automated vehicles is designing and controlling the trajectory regarding the surrounding vehicles in transient dynamic traffic conditions during complicated maneuvers. Although various studies have been performed in the field of lane change in dynamic traffic conditions and even in critical high speed, considering the transient dynamic conditions has been limited to the beginning of the maneuver and no solution has been provided for the surrounding vehicles’ immediate changes during the maneuver. The algorithm presented in this paper is able to design new safe optimized trajectories according to the sudden decisions of the surrounding vehicles during the lane change maneuver, also ensures collision avoidance in the whole maneuver via vehicle’s simultaneous longitudinal and lateral control. After evaluating the decision-making unit’s performance by real driving tests, the presented algorithm is simulated with different scenarios in complicated transient dynamic traffic conditions by using MATLAB software and its desired performance has been proven in the dynamic environment of IPG CarMaker, in the presence of surrounding vehicles.

    Keywords: Lane change, Path planning, decision making, Sliding mode controller, Automated vehicles
  • Saeid Hafezi Shahneshin, Majid Fouladvand, MohammadHosein Alaee* Pages 517-525

    The Resin transfer molding (RTM) process is a closed mold process to produce composite products in mass production. This method includes various parameters such as mold temperature, vacuum pressure, injection point, fiber volume fraction, injection pressure and so on. It is only by controlling these parameters that parts with the desired surface quality and high properties can be achieved. In this study, the effect of input parameters of resin transfer molding process including vacuum pressure, injection point and mold temperature on mold filling time, curing time, tensile strength and flexural strength of carbon-epoxy composite was investigated. Each of the input parameter has been investigated at three levels using the RSM full factorial method. Finally, after making carbon/epoxy composite samples with this process, their evaluation in terms of filling time, curing time and mechanical properties have been investigated. The results showed that the injection point has a significant effect on the mechanical properties and production volume of the part in the Resin transfer molding process. According to the results, the optimal sample was determined by prioritization mechanical properties with mold temperature parameters of 106.7° C, vacuum pressure of 0.83 bar and injection point B (one resin input in the middle of the part and two vacuum outputs at the end of the part). Tensile strength of the sample was 546.7 MPa, flexural strength was 759.2 MPa, curing time was 7.3 minutes and mold filling time was 8.6 minutes by software.

    Keywords: The Resin Transfer Molding (RTM), Carbon, Epoxy Composite, Vacuum Pressure, Injection point, Mold Temperature, RSM
  • MohammadSadegh Aghareb Parast, Hanieh Aroo, Mohammad Azadi*, Mahboobeh Azadi Pages 527-540

    In internal combustion engines, due to cyclic loading and wear between the upper surface of the piston ring and the upper groove of the piston, the fretting fatigue phenomenon could occur. In this research, the effect of lubrication and the heat treatment on the fretting fatigue behavior of aluminum-matrix nano-composite have been investigated. The fretting fatigue test was performed in fully-reversed loading condition and at the room temperature. In addition, the S-N curve and fretting fatigue properties of piston alloys were obtained. The microstructure and the fracture surface were examined by the optical and microscopy and the field emission scanning electron microscopy. The results showed that the failure behavior was brittle. In addition, the lubrication and the heat treatment improved the fretting fatigue lifetime of the piston alloy.

    Keywords: Fretting fatigue, Heat treatment, Oil lubrication, Aluminum-matrix nano-composite
  • Sadegh Hosseinlaghab, Mohammadreza Farahani*, M. Safarabadi Farahani Pages 541-549

    Composites usage according to their properties such as high strength to weight ratio, high resistance to corrosion and their ability to build complex shapes in different industries are increased, but due to their Vulnerability against unwanted impact loads, their usage has been limited. Relatively higher costs of carrying out low velocity impact (LVI) test and data sampling limit due to short experiment time in one side and adaptation of quasi-static impact (QSI) test results with LVI on the other, convinced researchers to use QSI instead of LVI. This research investigated the effect of different percentage of nanoclay (1%, 3%, 5% and 7%) on impact properties of glass-epoxy composite. For this purpose, QSI test was used to forecast this nano-composite’s behavior. To disperse and distribute nanoclay homogeneously inside the resin, mechanical and ultrasonic mixers have been used; EDAX photograph token from nano-resin section confirmed the success of this process. QSI test results showed that adding 3% nanoclay to glass-epoxy composite, increases absorbed energy up to 16% and stiffness up to 12%. It was also determined by perusing SEM photographs that specimens containing 7% nanoclay had a decreased in mechanical properties due to adhesion of nanoparticles.

    Keywords: Quasi-Static Test, Glass-Epoxy Composite, Nanoclay, Scanning Electron Microscope (SEM)
  • Araz Nadi, Negar Nabatian*, Pouyan Hashemi Tari, Shiva Asgari Marnani Pages 551-561

    New generation of wind turbines, in comparison to the old versions, have been designed with colossal blades to produce larger amount of power output. However, this has led into some unpredictable challenges including their construction procedure and expenses and particularly blades’ transportation. To overcome these issues, multi-rotor wind turbines have been suggested. Aerodynamic performances of such turbines have been previously assessed by other investigators. However, the wake characteristics of these turbines have been less studied. The focus of the present research is on the assessment of these characteristics, which are crucial in the process of any wind farm design. For this purpose, wake flow of a small three-rotor wind turbine is numerically simulated using computational fluid dynamics. A numerical simulation has been conducted for a single-rotor wind turbine and three-rotor small horizontal axis wind turbine with the angle of 180⸰ arrangement. The results of single rotor wind turbine indicated that far downstream wake extended up to 8D, with Jensen-Gaussian model can be better predicted. The comparison between three bladed wind turbine and the results of wake models for the equivalent turbine showed that because of wake interactions in the downstream of the rotor, the loss of turbulent kinetic energy and recovery of the stream speed will be faster. As a result, in the wind farms, the turbines in closer distances around 4D of the equivalent signle-rotor wind turbine can be installed.

    Keywords: Wind Turbine, Multi-rotor Wind Turbine, Wake Flow, Far Wake Model
  • Vafa Samadi, Mostafa Mostafaei*, Ali Nejat Lorestani Pages 563-573

    To minimize the cost of maintenance and repair of rotating industrial equipment, one of the methods used is condition monitoring by sound analysis. This study was performed to diagnose the fault of a single-phase electric motor through machine learning method aiming to monitor its situation by sound analysis. Test conditions included healthy state, bearing failure, shaft imbalance and shaft wear at two speeds of 500 and 1400 rpm. A microphone was installed on the electric motor to record data. After data acquisition, signal processing and statistical analysis, the best characteristics were selected by PCA method and then the data were clustered by machine learning method and K mean algorithm. These features used in the ANFIS modeling process were common features selected in both electromotor speed situations. After evaluating the models, the best model had the highest accuracy value of 96.82%. The average accuracy was 96.71% for overall fault classification. The results showed that the analysis of acoustic signals and modeling process can be used to diagnose electromotor defects by machine learning method. Based on the obtained results, condition monitoring of the electromotor through acoustic analysis reduces its stop and continues its work process in the industry. The repair costs of the electromotor are reduced by its proper condition monitoring.

    Keywords: Electromotor, audio signal, machine learning, fault detection