فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و سوم شماره 4 (تیر 1400)

  • Special Issue
  • تاریخ انتشار: 1400/04/14
  • تعداد عناوین: 20
|
  • مجتبی ریاحی وزواری*، امین نیکوبین، علی قدوسیان صفحه 1

    این مقاله به حرکت نقطه به نقطه مجری نهایی ربات موازی دو درجه آزادی با کمترین گشتاور مصرفی می پردازد. روش ارایه شده کاهش اندازه گشتاورهای مفاصل ربات را در حالت دینامیکی در نظر می گیرد. در این روش پارامترهای طراحی و مسیر بهینه ربات به صورت همزمان برای وظیفه نقطه به نقطه ازپیش تعریف شده بدست می آیند. دو وزنه تعادل قابل تنظیم به لینک های محرک ربات متصل می گردند و جرم و زاویه نصب آنها به عنوان پارامترهای طراحی ربات در نظر گرفته می شوند. برای یافتن مسیر بهینه حرکت ربات از میانیاب اسپیلاین مرتبه سه استفاده می شود. با در نظر گرفتن مینیمم تلاش مصرفی به عنوان تابع هدف مسیله، روش بهینه سازی جام اعداد برای یافتن مقادیر بهینه متغیرهای طراحی مسیر و پارامترهای طراحی ربات استفاده می گردد. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که تابع هدف تقریبا به مقدار بهینه صفر دست یافته است. جهت تایید نتایج شبیه سازی و نمایش اثربخشی روش، یک ربات موازی دو درجه آزادی آزمایشگاهی ساخته شده است. با تنظیم پارامترهای طراحی وزنه های تعادل ربات برای حرکت نقطه به نقطه داده شده، محرک های هوشمند سیستم آزمایشگاهی در حالت کنترل موقعیت راه اندازی می شوند. خروجی های آزمایشگاهی نشان می دهند که تابع هدف حدود 90 درصد نسبت به طرح رایج ربات کاهش داشته است.

    کلیدواژگان: مینیمم سازی گشتاور، ربات موازی، وزنه های تعادل، مسیر بهینه، بهینه سازی
  • علی پورمرادی، مهدی سبزه پرور*، علی اشرفی صفحه 2

    کوادروتورها در دهه های اخیر به دلیل ماموریت های ویژه و کاهش هزینه های عملیات پروازی مورد توجه قرار گرفتند. در این مقاله برای این پهباد سه سناریو پروازی برای فیلم برداری از یک منطقه تعریف شده است که در آن ها وضعیت کوادروتور بر پایه روش کنترل بهینه غیرخطی وابسته به حالت تحلیل شده است. در سناریو اول یک نمونه آزمایشگاهی به جهت یافتن زوایای اویلر مورد نیاز برای اجرای مانور، تست گرفته شده است؛ این نمونه، یک کوادروتور است که بر اساس روش تناسبی- مشتق گیر بنا شده است؛ بدین منظور در شبیه سازی نتایج بدست آمده از این روش آورده شده است تا با نتایج روش غیرخطی وابسته به حالت صحه سنجی شود. در سناریو دوم و سوم کوادروتور برای پوشش دادن سطح بیشتری از منطقه در مسیرهای پیچیده تر مربعی و دایره ای مانور می دهد. از پارامترهای مهم برای انجام ماموریت های ذکرشده، درنظرگرفتن عامل خارجی باد می باشد؛ بنابراین انجام این ماموریت ها مستلزم پایداری کوادروتور تحت اثر میدان باد برای تضمین امنیت آن است؛ برای این منظور اثر نیرویی و گشتاوری میدان باد نمونه بر معادلات حرکت پهباد اعمال می گردد. عملکرد دینامیکی کوادروتور برای روش های کنترلی تناسبی- مشتق گیر، خودتنظیم خطی مرتبه دوم و غیرخطی وابسته به حالت در تقابل با میدان باد مورد بررسی قرار می گیرد.

    کلیدواژگان: کوادروتور، کنترل وضعیت، کنترل ارتفاع، الگوریتم غیرخطی و میدان باد
  • عباس محمدی، کمال جمشیدی*، حامد شهبازی، مهران رضایی صفحه 3

    در این مقاله کنترل کننده های عصبی یادگیرنده عمیق در کاربرد ماشین خودران که یکی از معروفترین سیستم های انسان در حلقه است بررسی شده است. این کنترل کننده مدرن با دو کنترل کننده معروف کلاسیک تناسبی- انتگرال- مشتقگیر و کنترل پیشبین مدل، از نظر پارامترهای کیفی وکمی مقایسه شده است. این پارامترها انعکاس دهنده چالش های زمان طراحی شامل وابستگی به مدل و پارامترهای طراحی؛ چالش های زمان پیاده سازی شامل سهولت پیاده سازی و بار محاسباتی؛ و همچنین پارامترهای مهم در زمان اجرا در کاربرد ماشین خودران شامل دقت، سرعت، هزینه یا تلاش کنترلی، استهلاک و انرژی هستند.  در روش پیشنهادی، بستری فراهم آورده شده است که طراحان قادر باشند کنترل کننده های مدرن و کلاسیک را با یکدیگر مقایسه نمایند. در روش پیشنهادی از کنترل کننده عصبی یادگیرنده عمیق به صورت انتها- به- انتها که ساختار آن متشکل از لایه های کانولوشن و لایه های تماما متصل است، به عنوان کنترل کننده مدرن استفاده شده است. این کنترل کننده در ابتدا از رانندگی انسان می آموزد سپس به عنوان کنترل کننده خودرو مورد استفاده قرار می گیرد. عدم وابستگی این کنترل کننده به مدل سیستم کنترل شونده (ماشین خودران) و محیط و همچنین قابلیت یادگیری مهمترین مزیت آن است. از نقطه نظر پارامترهای مهم در کنترل ماشین خودران در مقایسه با کنترل کننده های تناسبی- انتگرال- مشتقگیر و کنترل پیشبین مدل، کارایی قابل قبولی از خود به نمایش می گذارد.

    کلیدواژگان: سیستم های فیزیکی- رایانشی، سیستم انسان در حلقه، یادگیری عمیق، کنترل انتها- به- انتها، ماشین خودران
  • علی زمانی، ملیحه افتخاری، مجتبی افتخاری* صفحه 4

    در این مقاله ارتعاشات غیر خطی یک تیغه دوار با سرعت دورانی متغیر بررسی می شود. تیغه دوار به صورت یک تیر اویلر- برنولی یک سر گیردار بدون عوامل غیر خطی هندسی در نظر گرفته شده است. سرعت زاویه ای به صورت مقدار ثابت فرض شده است که با دامنه کوچکی نوسان می کند. معادلات دیفرانسیل پاره ای غیر خطی حاکم بر تیر یک سر گیردار دوار با استفاده اصل همیلتون در حالت سه بعدی استخراج می شوند. سپس روش گالرکین بر روی معادلات دیفرانسیل پاره ای غیرخطی اعمال می شود تا سه معادله دیفرانسیل معمولی غیرخطی بدست آید. با اعمال روش مقیاس زمانی بر روی معادلات بدست آمده، شش معادله دیفرانسیل معمولی مرتبه اول بدست می آیند که تغییرات زمانی دامنه و فاز مودهای متداخل را نشان می دهد. سپس با استفاده از مقادیر ویژه ماتریس ژاکوبین معادلات مدولاسیون پایداری و دو شاخه ای شدن نقاط تعادل بدست می آیند. نتایج عددی نشان می دهند که نزدیک تشدید داخلی و تشدید خارجی نقاط تعادل پایداری خود را با نقاط زینی از دست می دهند. همچنین، انتقال انرژی بین مودها و جهش در دامنه مودها در حالت های مختلف تشدید داخلی در نمودارهای پاسخ فرکانسی اتفاق می افتد.

    کلیدواژگان: نمودار دو شاخگی، تیر دوار، سرعت دوران متغیر، تشدید داخلی و خارجی، نقاط تعادل
  • رضا آذرافزا، کرامت ملک زاده فرد، میثم گل آقاپورکامی، علیرضا پورموید* صفحه 5

    در این مقاله ارتعاشات آزاد و اجباری پوسته استوانه ای ساندویچی مرکب با تقویت کننده های متعامد با استفاده از تیوری مرتبه بالا مورد تحلیل قرار گرفته است. سازه ساندویچی مذکور از دو رویه کامپوزیتی ارتوتروپیک و یک هسته انعطاف پذیراز جنس فوم و تقویت کننده های طولی و محیطی تشکیل شده است. رویه ها و هسته کاملا به یکدیگر چسبیده می باشند و جابجایی نسبی بین آن ها در محل اتصال وجود ندارد. جهت تحلیل این پوسته تحت شرایط مرزی دو سر ساده، جابجایی رویه ها بر مبنای تیوری مرتبه سوم کانت و در هسته از مدل دوم فروستیگ استفاده شده است. از روش ریلی ریتز جهت حل ارتعاشات آزاد و روش مود های فرض شده جهت تحلیل ارتعاشات اجباری استفاده شده است. در بخش ارتعاشات اجباری بارگذاری سینوسی به صورت یکنواخت و شعاعی بر پوسته اعمال می گردد. شبیه سازی ارتعاشات پوسته ساندویچی تقویت شده با نرم افزار آباکوس انجام شده است. در نهایت اثر پارامترهای مختلف از جمله نسبت طول به شعاع، نسبت ضخامت به شعاع، ضخامت هسته به ضخامت کل، ساختار و جنس رویه ها و هسته بر پاسخ ارتعاشی سازه مورد بررسی قرار گرفته است. صحه گذاری نتایج ارتعاشات آزاد و اجباری به دست آمده از تحلیل حاضر با نتایج دیگر مراجع و نرم افزار آباکوس مقایسه گردید.

    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، ارتعاشات اجباری، پوسته ساندویچی، تقویت کننده های متعامد، تئوری مرتبه بالا
  • سعید نظامیوند چگینی*، زهره کریمی راسته کناری، احمد باقری، بهمن احمدی صفحه 6

    در این مقاله، روشی جدید برای حذف نویز از سیگنال های ارتعاشی ماشین های دوار به منظور پایش وضعیت آن ها ارایه شده است. ابتدا، هر سیگنال ارتعاشی توسط روش تجزیه مود تجربی به مودهای تشکیل دهنده اش تجزیه شده است. سپس، به منظور تشخیص مودهای دارای نویز از مودهای بدون نویز، اندازه شباهت بین تابع چگالی احتمال سیگنال اصلی و مودهای آن محاسبه شده است. در نهایت، مودهای حاوی نویز توسط تابع آستانه گذاری بهبودیافته بی نویز شده و سیگنال بی نویز شده بازسازی می شود. در این مطالعه، از روش بی نویزسازی پیشنهادی به منظور حذف نویز از سیگنال شبیه سازی و داده های واقعی متناظر با شرایط مختلف یاتاقان استفاده شده است. سرانجام، ویژگی کشیدگی و طیف پوش هر سیگنال بی نویزشده به ترتیب برای شناسایی حضور عیب و نوع آن محاسبه شده اند. نتایج نشان می دهند که تکنیک پیشنهادی قادر است کیفیت سیگنال های ارتعاشی را به نحو مطلوبی افزایش دهد به طوری که حساسیت فاکتور کشیدگی نسبت به حضور عیب در رینگ های داخلی و خارجی افزایش می یابد. همچنین، در طیف پوش سیگنال های بی نویز شده، فرکانس های عیوب نمایان شده و به راحتی می توان نوع عیب را تشخیص داد. نتایج نشان می دهند که تکنیک بی نویزسازی پیشنهادی در این مقاله بر روش های رایج بی نویزسازی بر پایه ی تجزیه مود تجربی برتری دارد.

    کلیدواژگان: بی نویزسازی سیگنال های ارتعاشی، تجزیه مود تجربی، تابع چگالی احتمال، عیب یابی یاتاقان، تابع آستانه گذاری بهبودیافته
  • احسان داودی، پدرام صفرپور*، مهدی پورقلی، مصطفی خزایی صفحه 7

    ارتعاشات انتقالی به سرنشین هلیکوپتر سرمنشاء بسیاری از مشکلات سلامتی می باشد. در این مقاله به منظور بهبود محیط ارتعاشی برای خلبان، یک مکانیزم تعلیق با ساختار سختی منفی پیشنهاد شده است. ساختار سختی منفی در ترکیب با ساختارهای سختی مثبت می تواند سختی دینامیکی کل سیستم و در نتیجه انتقال پذیری ارتعاش را کاهش دهد. ویژگی اصلی تعلیق پیشنهادی کاهش ارتعاشات انتقالی به سرنشین در کنار حفظ قابلیت باربرداری آن می باشد. در اینجا پس از ارایه یک مدل یکپارچه از سیستم تعلیق صندلی- سرنشین، روند طراحی پارامترهای سیستم تعلیق به منظور کاهش ارتعاشات انتقالی به سرنشین ارایه می شود. به منظور بررسی عملکرد سیستم تعلیق در حالت واقعی و نزدیک کردن نتایج به واقعیت، شبیه سازی ها بر اساس سیگنال واقعی اندازه گیری شده کف کابین هلیکوپتر بل-412 انجام شد. سپس با استفاده از استاندارد ایزو-2631 و معیارهای مرسوم، میزان ارتعاش صندلی و اجزای مختلف بدن خلبان ارزیابی گردید. نتایج نشان از عملکرد مناسب تعلیق طراحی شده است بطوریکه دامنه موثر و مقدار دوز ارتعاش ارتعاش عمودی در اجزای مختلف بدن سرنشین نشانگر کاهش متوسط حدود 40% دامنه ارتعاش می باشد. همچنین درجه ناراحتی از محدوده " ناراحت کننده" به "مقدار کمی ناراحتی" ارتقا یافت. نتایج همچنین نشان داد که طیف فرکانسی ارتعاش کف کابین به طیف فرکانسی روی صندلی و سر خلبان نزدیک بوده و عملا مدولاسیون فرکانسی در طی مسیر ارتعاش از کف تا صندلی و سپس سر سرنشین اتفاق نمی افتد.

    کلیدواژگان: میرایی ارتعاش، ساختار سختی منفی، سیستم تعلیق صندلی، ارتعاش کل بدن، صندلی خلبان
  • یاور نورالهی گلوجه، مهدی ابطحی* صفحه 8

    در این مقاله به کنترل ارتعاشات آشوبناک خودرو هنگام عبور از ناهمواری های متناوب سطح جاده با استفاده از روش کنترلفازی- لغزشی ترمینال سریع پرداخته شده است. برای این منظور مدل نصف خودرو شامل رفتار غیرخطی فنر و دمپرهای سیستم تعلیق و تایرها در نظر گرفته شده است. در ابتدا معادلات دینامیکی حاکم بر مسئله با استفاده از قوانین نیوتن- اویلر استخراج شده و با روش عددی رانگ- کوتای مرتبه چهارم حل می شوند. به منظور تحلیل دینامیکی آشوب، پس از شبیه سازی سیستم مدار باز، رفتار دینامیک غیرخطی سیستم توسط روش هایی همچون نمودارهای دوشاخگی، تابع چگالی طیف توان، مسیرهای حرکت صفحه فازی، مقاطع پوانکاره و بیشینه نمای لیاپانوف مورد بررسی قرار می گیرد. با مشخص شدن محدوده های آشوبناک رفتار دینامیکی سیستم و شناسایی مقادیر بحرانی پارامترهای کنترلی مشاهدهمی شود کهدرحالتکنترل نشدهاینسیستمدارایرفتارآشوبناکاست. سپس به منظورحذفارتعاشاتآشوبناک سیستم، سیگنال هایکنترلیبااستفادهازالگوریتم نوین کنترلمود لغزشی ترمینال سریع تولید می شوند که گین های کنترلی آن با منطق فازی محاسبه می گردند. نتایجبه دست آمده از شبیه سازی سیستم کنترلی فازی- لغزشی ترمینال سریع حاکیاز پایدارسازی وحذف رفتار آشوبناک در ارتعاشات پدیدار شده در خودرو است و همچنین رفتار دینامیکی نامنظم سیستم را در محدوده های آشوبناک در زمان مناسبی بهبود می دهد.

    کلیدواژگان: ارتعاشات آشوبناک، نمودار دوشاخگی، بیشینه نمای لیاپانوف، مود لغزشی ترمینالی، منطق فازی
  • مهدی بهزاد*، علی داودآبادی، حسام الدین ارغند صفحه 9

    تشخیص زودهنگام عیب در یاتاقان های غلتشی نقش بسیار تاثیرگذاری بر افزایش قابلیت اعتماد تجهیزات و بهینه نمودن تصمیم های آینده ی برای بهره برداری از تجهیزات دوار دارد. در دهه های اخیر روشی به نام شاک پالس برای تشخیص عیب در یاتاقان های غلتشی توسعه داده شده است که قابلیت تشخیص رشد عیب از مراحل اولیه را دارد. هدف از انجام پژوهش حاضر، مقایسه بین دقت پیش بینی عمر مفید باقی مانده یاتاقان غلتشی تنها با استفاده از داده های پایش وضعیت ارتعاشات و با استفاده از ترکیب داده های پایش وضعیت ارتعاشات و روش شاک پالس می باشد. در این راستا مجموعه ای از آزمایش های عمر پرشتاب یاتاقان غلتشی روی یک پلتفرم تجربی طرح ریزی و انجام شده است. مقادیر ارتعاشات و شاک پالس تست های عمر پرشتاب یاتاقان غلتشی همزمان از لحظه شروع تا پایان خرابی به کمک دو سنسور ارتعاشات و شاک پالس اندازه گیری و روند تغییرات آنها ثبت شده است. سپس با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی مدلی برای پیش بینی عمر مفید باقی مانده یاتاقان غلتشی توسعه داده شده است و مقایسه ای بین استفاده از خصیصه های آنالیز ارتعاشات و شاک پالس روی دقت پیش بینی انجام گردیده است. در نهایت نشان داده می شود که استفاده از داده های روش شاک پالس باعث بهبود دقت پیش بینی زمان وقوع خرابی یاتاقان های غلتشی و منجر به نتایج با خطای کمتر می گردد.

    کلیدواژگان: یاتاقان غلتشی، پایش وضعیت، آنالیز ارتعاشات، روش شاک پالس، شبکه عصبی
  • شهرام آجری* صفحه 10

    در این مطالعه، رفتار ارتعاشی و فرکانس طبیعی نانولوله برن- نیتریدی تک و دوجداره، تحت جذب فیزیکی بیومولکول های فلاوین مونونوکلیوتید با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی در دو محیط مختلف خلا و محیط آبی بررسی شده است. همچنین، تاثیر شرایط مرزی متفاوت و پارامترهای هندسی مانند شعاع و تعداد جداره ها بر فرکانس طبیعی مطالعه گردیده است. بر اساس نتایج بدست آمده، جذب فیزیکی این مولکول، فرکانس طبیعی نانولوله های برن- نیتریدی را کاهش می دهد که درمورد نانولوله های برن- نیتریدی با شرایط مرزی کاملا گیردار قابل توجه است. علاوه بر این، ملاحظه شد که تغییر فرکانسی نانولوله ی برن- نیتریدی با تکیه گاه گیردار- آزاد در محیط سیال آبی به دلیل تغییر شکل مود ناشی از نیروی خارجی وان دروالس، مثبت خواهد بود. همچنین، مشاهده شده است که تغییر فرکانس نانولوله های برن- نیتریدی تک جداره با نسبت ابعاد کوچکتر در مقایسه با نانولوله های برن- نیتریدی تک جداره با نسبت ابعاد بزرگتر و نانولوله های دو جداره، بیشتر است. مطالعه در محیط آبی نشان می دهد که تغییر فرکانس به طور قابل توجهی افزایش می یابد درحالی که شیب این تغییر نسبت به درصد وزنی مولکول کاهش می یابد. نتایج این مطالعه را می توان به عنوان یک مطالعه ی پایه ای در سیستم های نانوالکترومکانیکی مربوط به طراحی نانوبیوسنسورهای با کارآمدی بیشتر تشخیص مولکول ها در محیط های دارای سیال در نظر گرفت.

    کلیدواژگان: نانولوله ی برن- نیترید، جذب فیزیکی، فلاوین مونو نوکلئوتید، فرکانس طبیعی، شبیه سازی دینامیک مولکولی
  • ساناز جعفری* صفحه 11

    تنش های حرارتی ناشی از تغییرات دمایی به همراه سرعت زاویه ای بالا در دیسک های دوار صنعتی مقاومت ماده سازنده دیسک را کاهش خواهد داد. بنابراین آنالیز دیسک های دوار تحت بارگذاری های حرارتی- مکانیکی و تخمین سرعت زاویه ای حد به عنوان معیاری برای آغاز تغییر شکل های پلاستیک مهم می باشد. در این مقاله مدل سازی تحلیلی برای آنالیز ترموالاستیک دیسک های دوار مدرج تابعی با متغیر درنظرگرفتن تمامی خواص هندسی و مکانیکی در راستای شعاعی دیسک انجام خواهد شد. روش هموتوپی پرتوربیشن به عنوان یک روش تحلیلی برای حل معادلات به کار برده می شود. نتایج با روش عددی تفاضلات محدود و هم چنین داده های مراجع راستی آزمایی می گردند. با آنالیز عددی تاثیر پارامتر تغییر ضخامت، نوع بارگذاری حرارتی و شرایط مرزی بر سرعت زاویه ای حدی و شعاع شروع تغییر شکل های پلاستیک بررسی خواهد شد. از مدل تامورا- توموتا-اوزاوا برای محاسبه تنش تسلیم در شعاع های مختلف دیسک مدرج تابعی استفاده می شود و نحوه وابستگی آن به پارامترهای موجود در مدل سازی تحلیلی به عنوان نتیجه ارایه خواهد شد. در نهایت نشان داده شد که با گرادیان دمایی مناسب در سطح خارجی دیسک به عنوان شرط مرزی، می توان سطح تنش های حرارتی را کنترل کرد و در مقایسه با شرط مرزی حرارتی ثابت سطح تنش را تا 20 % کاهش داد.

    کلیدواژگان: دیسک دوار، مواد مدرج تابعی، روش هموتوپی پرتوربیشن، تنش تسلیم، سرعت زاویه ای حد
  • حمیدرضا صابرمنش، مهدی قناد*، سید مهدی حسینی فراش صفحه 12

    در این پژوهش، اثر افزودن نانولوله های کربنی به عنوان تقویت کننده به ماده ی زمینه ی پلیمری و دارای الیاف شیشه بر بار بحرانی کمانش ورق های کامپوزیتی تحت بارگذاری فشاری، به روش تجربی بررسی شده است. ورق های کامپوزیتی، مستطیل شکل از جنس الیاف شیشه/ اپوکسی و تقویت شده با 25/0، 5/0، و 0/1 درصد وزنی نانولوله ی کربنی به روش لایه گذاری دستی ساخته شده اند. این ورق ها در شرایط دوسر گیردار به یک دستگاه یونیورسال هیدرولیک اینسترون بسته شد و بار به صورت فشاری درون صفحه ای و تک محوری در راستای طولی به آنها اعمال شد. نتایج نشان داد که افزودن 5/0درصد وزنی نانولوله ی کربنی به رزین اپوکسی، بیشترین تاثیر را بر بار بحرانی کمانش این ورق ها دارد، به گونه ای که ورق های حاوی این مقدار نانولوله ی کربنی، بیشتر از دو برابر بار فشاری را نسبت به ورق مشابه بدون نانولوله ی کربنی تا رسیدن به آستانه ی کمانش، می توانند تحمل کنند. با افزایش درصد وزنی نانولوله به یک درصد، به دلیل کلوخه ای شدن نانولوله ی کربنی درون رزین اپوکسی و کاهش کیفیت پراکندگی نانولوله ها، بیشینه نیروی قابل تحمل سازه، کاهش می یابد. برای راستی آزمایی نتایج آزمایش، تحلیل کمانش ورق های کامپوزیتی الیاف شیشه/ اپوکسی در نرم افزار اجزای محدود آباکوس انجام شد و بار بحرانی کمانش حاصل از نرم افزار با نتایج تجربی مقایسه شد و تطابق خوبی به دست آمد.

    کلیدواژگان: ورق کامپوزیتی، نانولوله ی کربنی، الیاف شیشه، اپوکسی، تحلیل کمانشی، بررسی تجربی
  • امیرحسین طواری، محمدهادی هنرور*، مصطفی حاج لطفعلیان صفحه 13

    داده برداری اشعه ی ایکس اگرچه روش دقیقی برای سنجش صفحه ای انحناهای ستون مهره است، اما تشعشع دریافتی زیان آور و محدود کننده دفعات داده برداری است. هدف از این مطالعهمعرفی روشی غیر تهاجمی مبتنی بر داده برداری سطحی برای این منظور است. در این روش از دوربین های عمق سنج مادون قرمز برای تولید ابر نقاط سه بعدی از سطح پشت بیمار استفاده می شود. برای تحلیل نقشه ی توپوگرافی بدست آمده از سطح پشت، ابتدا موقعیت لندمارک های آناتومیکی مشخص می شود؛ سپس موقعیت مرکز مهره ها تخمین زده شده و انحنای ستون مهره ها به روش زاویه ی کوب محاسبه می شود. مرور مطالعات مشابه گذشته و نتایج مطالعه ی موردی، قابلیت تخمین انحنای ستون مهره ها را از نقشه ی توپوگرافی پشت نشان می دهد. بر این اساس می توان گفت که استفاده از روش مذکور با توجه به داشتن مزیت هایی مانند غیرتهاجمی بودن، ارزان و قابل حمل بودن و نتایج قابل قبول می تواند در کلینیک و مراکز ارتوپدی فنی جهت پایش و غربالگری بیماران اسکولیوز، و نیز پایش مستمر و ارزیابی روند بهبود در طول دوره درمان به کار رود.

    کلیدواژگان: داده برداری سطحی، ابر نقاط، انحنای ستون مهره ها، اسکولیوز
  • توحید میرزابابای مستوفی، محمد رضاصفت، مصطفی سیاح بادخور، هاشم بابایی* صفحه 14

    این مقاله به مطالعه تجربی، شبیه سازی عددی و مدل سازی ریاضی پاسخ دینامیکی ساختارهای دایره ای تک لایه و دولایه تحت بارگذاری دفعی موضعی می پردازد. در بخش تجربی، شش آزمایش روی پیکربندی های دولایه ساخته شده از ورق های مس-آلومینیوم (2 میلی متر + 2 میلی متر) در شرایط بارگذاری مختلف انجام شد. از نرم افزار تجاری آباکوس و یک زیر برنامه فرترن تعریف شده توسط کاربر برای تهیه مدل عددی استفاده شد. قانون ساختاری ویسکوپلاستیسیته جانسون-کوک و همچنین مدل آسیب آن در مدل عددی مورداستفاده قرار گرفت. مدل های عددی با استفاده از آزمایش های انجام شده در این مطالعه و داده های موجود در ادبیات تحقیق، صحت سنجی شد. نشان داده شد که مدل های عددی به خوبی مکانیسم های تغییر شکل ورق در طول فرآیند بارگذاری را ایجاد می کنند. علاوه بر این، یک مطالعه دقیق پارامتری روی ساختارهای فلزی دولایه ساخته شده از پنج لایه بندی مختلف ازجمله ساختارهای آلومینیوم-آلومینیوم، فولاد-فولاد، فولاد-آلومینیوم، مس-آلومینیوم و مس-فولاد انجام شد. دو شعاع مختلف برای ورق و چهار قطر مختلف برای خرج انفجاری در نظر گرفته شد. پس از انجام مطالعه پارامتریک، یک مدل تجربی مبتنی بر اعداد بدون بعد جدید برای پیش بینی حداکثر انحراف عرضی ساختارهای دولایه ارایه شد. توافق کلی بسیار خوبی بین نتایج شبیه سازی عددی و پیش بینی های تجربی به دست آمد.

    کلیدواژگان: مطالعه آزمایشگاهی، تغییر شکل پلاستیک، بارگذاری دفعی، بار غیریکنواخت، شبیه سازی عددی
  • محمد آزادی*، مصطفی سعیدی، مهدی مختاری شیرازآباد، پابلو کرسپو، لوپز صفحه 15

    در این مقاله، تحلیل حساسیت تاثیر نرخ جابجایی در بارگذاری مود اول کششی بر روی رفتار شکست، در کامپوزیت کربن- اپوکسی، مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، آزمایش کشش براساس استاندارد ASTM-D5528 بر روی نمونه های تیر یکسر گیردار دو لبه و تحت بار اعمالی بصورت جابجایی- کنترل و با نرخ های جابجایی 05/0، 5/0، 5 و 50 میلیمتر بر دقیقه انجام شد. برای پارامترهای استخراج شده از داده های تجربی، آنالیز رگرسیون با استفاده از نرم افزار مینی تب، انجام گردید. تحلیل حساسیت نرخ جابجایی و لگاریتم مقدار آن در بارگذاری کششی، بر سه مشخصه شکست در نمونه های تیر یکسر گیردار دو لبه کامپوزیتی، بررسی شد. این پارامترهای مکانیک شکست شامل نرخ رهایی انرژی کرنشی (با سه روش انرژی شکست)، ماکزیمم نیروی شکست و ماکزیمم جابجایی دهانه ترک اولیه (با تکنیک پردازش تصویر دیجیتال) بود. نتایج نشان می دهد که تغییرات نرخ جابجایی، براساس تابع درجه سوم از نرخ جابجایی، بر ماکزیمم نیروی شکست و نرخ رهایی انرژی کرنشی، تاثیرگذار می باشد و این مقادیر به تغییرات نرخ جابجایی، حساس می باشند. اما مقدار جابجایی ماکزیمم دهانه ترک اولیه در کامپوزیت، به لگاریتم نرخ جابجایی در بارگذاری کششی، وابسته است. در نهایت، الگوی تغییراتی مشخصه های مکانیک شکست کامپوزیت، بصورت افزایشی با افزایش نرخ جابجایی بود.

    کلیدواژگان: تحلیل حساسیت، رفتار شکست، کامپوزیت کربن- اپوکسی، نرخ جابجایی، آنالیز رگرسیون
  • حمیدرضا خیاطی، یدالله علی نیا* صفحه 16

    در این پژوهش توزیع تنش های ناشی از تزریق آلومینیوم مذاب طی فرآیند ریخته گری تحت فشار در یک قالب فولادی گرم کار بررسی می شود. با توجه به تقارن چرخشی موجود در هندسه قالب، مدل یک هفتم مساله تحت شرایط کرنش صفحه ای به کمک روش اجزای محدود شبیه سازی می گردد. در اینجا فرض می شود تغییرات دما بر روی مرزهای درگیر با مذاب از الگوی هموار پیروی می کند و مرز بیرونی قالب در حال تبادل حرارت جابجایی با محیط اطراف است. نتایج تحقیق اخیر دارای همخوانی مناسبی با نتایج تحلیلی موجود تحت شرایط مرزی خاص می باشد. تحلیل حساسیت مساله به ازای دمای پیش گرم قالب، هندسه گوشه های شیار تزریق و پوشش های محافظ حرارتی مورد بررسی قرار می گیرند. نتایج حاکی از آن است که پیش گرم کردن قالب قبل از تزریق، نقش بسزایی در کاهش سطح تنش کل مجموعه ایفا می کند. همچنین با افزایش شعاع انحنای گوشه های شیار تزریق، ماکزیمم تنش ون میسز در نقاط مستعد رشد ترک حداقل 25% کاهش خواهد یافت. کاربرد پوشش های محافظ کروم سخت و نیترید سیلیکون به طور چشمگیری مقاومت قالب در برابر شوک های حرارتی را ارتقاء می دهد به نحوی که استفاده از یک پوشش کروم سخت با ضخامت 1/0 میلی متر می تواند تا 49% مقدار ماکزیمم تنش ون میسز را نسبت به نمونه بدون پوشش کاهش دهد.علاوه بر این، مقدار ماکزیمم تنش ون میسز برای پوشش تابعی مدرج حدود %70 کمتر از نمونه بدون پوشش است.

    کلیدواژگان: تزریق تحت فشار، تنش حرارتی، تنش ون میسز، روش اجزای محدود، پوشش محافظ حرارتی
  • غلامرضا جوزدانی، سید احسان میرمحمدصادقی* صفحه 17

    تعیین نیروهای ماشین کاری به منظور محاسبه توان و گشتاور لازم برای براده برداری و انتخاب مناسب ابزار، تجهیزات و پارامترهای برش (نرخ پیشروی، عمق برش، سرعت برش) برای ماشین کاری هندسه و جنس موردنظر پیش از انجام فرآیند از اهمیت قابل توجهی برخوردار است. تحلیل نیروهای ماشین کاری برای تعیین مقادیر نیروها به دلیل کاهش هزینه های انجام آزمایش های متعدد تجربی ضروری به نظر می رسد. در این پژوهش مولفه های نیروهای فرزکاری، و با فرز انگشتی با دو لبه برنده مورب تحت زاویه تنظیم اصلی به روش مدل سازی هندسی با محاسبه ضرایب نیرویی برش و لبه پیش بینی گردید. همچنین برای اولین بار طرح مقطع برش قطعه به گونه ای در نظر گرفته شد تا خطای محاسباتی گردی نوک اینسرت های برش حذف گردد. به منظور جلوگیری از تاثیر متقابل پارامترها از تغییر هم زمان سرعت برش با نرخ پیشروی اجتناب گردید و تعداد 8 آزمایش با نرخ های پیشروی متفاوت ولی با سرعت برش یکسان انجام شد. مقایسه منحنی نیروهای مدل شده با نتایج به دست آمده از دینامومتر تطابق قابل قبولی را نشان می دهد. با افزایش نرخ پیشروی به نسبت افزایش نیروها مقدار اختلاف نیروی پیش بینی و تجربی کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: نیروهای ماشین کاری، پارامترهای برش، فرزکاری، مدل سازی هندسی، ضرایب نیرویی برش و لبه
  • مهدی وحدتی*، محمود مرادی صفحه 18

    تاثیرات ناشی از سیکل های حرارتی در فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی منجر به نرم شدگی اتصال آلیاژهای عملیات حرارتی پذیر آلومینیوم می شود. برای رفع این محدودیت، فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی در زیر آب توسعه یافته است. در این پژوهش، در ابتدا با استفاده از جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، اتصالات لب به لب از آلیاژ آلومینیوم گرید 7075تولید شدند. بدین منظور، روش رویه پاسخ به عنوان روش طراحی آزمایش، انتخاب گردید و متغیرهای: سرعت دورانی ابزار، نرخ پیشروی ابزار، قطر شانه ابزار و زاویه انحراف ابزار به عنوان متغیرهای ورودی، تعیین شدند. در ادامه، تحلیل آماری پارامترهای موثر بر استحکام کششی اتصالات به انجام رسید. سپس با استفاده از جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی در زیر آب و بر اساس مقادیر بهینه نرخ پیشروی ابزار و زاویه انحراف ابزار، اتصالات لب به لب تولید شدند. نتایج حاصل از آنالیز واریانس و تحلیل رگرسیون داده های حاصل از آزمون های تجربی، صحت و دقت معادلات رگرسیون را مورد تایید قرار داد و نشان داد که عبارات خطی، تعاملی و سهموی از متغیرهای سرعت دورانی ابزار و قطر شانه ابزار بر استحکام کششی نهایی اتصالات تولید شده در زیر آب، موثر هستند. همچنین، شرایط بهینه متغیرهای ورودی فرآیند با استفاده از روش مطلوبیت، تعیین شد و با اجرای آزمون صحه گذاری، به تایید رسید.

    کلیدواژگان: تحلیل آماری، بهینه سازی، استحکام کششی، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، روش رویه پاسخ
  • مهدی کاظمی* صفحه 19

    در این مقاله، عوامل موثر در فرایند جوشکاری و اثرات آن از جمله تنش های پسماند در فرایند جوشکاری محیطی یک لوله با استفاده از نرم افزار اجزامحدود آباکوس [1] بررسی شده است. تحلیل در دو مرحله حرارتی و مکانیکی صورت گرفت. ابتدا در تحلیل حرارتی، توزیع دما فرایند جوشکاری بدست آمد و سپس از میدان دمایی بدست آمده به عنوان بارگذاری در تحلیل مکانیکی جهت بدست آوردن توزیع تنش های پسماند و تغییرشکل ها استفاده شد. تاثیر شرایط گوناگون و تغییر پارامترهای مختلف جوشکاری مانند سرعت جوشکاری، حرارت ورودی و ترتیب و توالی مسیر جوشکاری ناپیوسته بر مقادیر تنش پسماند و تغییرشکل ها بررسی شد. به طوری که با افزایش 50 درصدی سرعت حرکت الکترود، تنش های کششی و فشاری محیطی در سطح خارجی لوله دچار بیشترین تغییرات شدند و به ترتیب افزایش 47/43 و 15/15 درصدی را نشان دادند. همچنین افزایش 20 درصدی حرارت ورودی جوش منجر به کاهش 6/2 و 18/18 درصدی تنش های کششی و فشاری محیطی در سطح خارجی لوله شد. در نهایت می توان گفت یکی از موثرترین راهکارها جهت کاهش اعوجاج های ناشی از جوشکاری ترتیب عملیات جوشکاری است و برای این منظور می توان با ناپیوسته کردن مسیر جوشکاری با متقارن کردن حرارت و کاهش گرادیان دمایی مقدار اعوجاج و تنش های پسماند ایجادشده را بیشتر کاهش داد که در این مقاله برای جوش محیطی لوله یک مسیر بهینه نیز ارایه شد.

    کلیدواژگان: جوشکاری، تنش پسماند، میدان دمایی، تحلیل حرارتی و مکانیکی
  • ابوذر بریمانی ورندی*، محمد کاظمی نصرآبادی، بهرام عابدی روان صفحه 20

    کانوپی به عنوان محافظ شفاف کابین خلبان، یکی از قطعات پلی‎مری راهبردی در صنایع هوایی است. فرآیندهای شکل‎ دهی سنتی در تولید تکی کانوپی‎ های پلی‎مری شفاف، به‎ علت مصرف بالای انرژی و هزینه ‎های زیاد ماشین آلات، تجهیزات و ابزار مقرون به صرفه نیستند. ورق‎ های پلی‎ کربنات با ویژگی‎ های مناسب مکانیکی، حرارتی، شیمیایی و اپتیکی در ساخت جدیدترین کانوپی‎ های یکپارچه مورد استفاده قرار می‎ گیرند. در این مقاله نمونه‎ سازی سریع هندسه‎ ای مشابه کانوپی‎ های یکپارچه هواپیما، به‎ کمک فرآیند شکل‎ دهی تدریجی ورق‎ه ای شفاف پلی‎ کربنات در مقیاس آزمایشگاهی بررسی می‎ شود. در آزمایش‎های شکل ‎دهی تدریجی تک نقطه ‎ای، تاثیر سرعت دورانی ابزار بر شفافیت ظاهری و تاثیر استراتژی مسیر ابزار بر دقت هندسی بررسی شد. سه استراتژی مسیر ابزار شامل استراتژی شطرنجی، مارپیچ از بیرون و استراتژی مارپیچ از داخل اعمال گردید. حرارت‎ دهی پساشکل ‎دهی در دمای حدود °C 55 به مدت min 30، با آزادسازی تنش‎های پسماند فرآیندی سبب کاهش 50 % در برگشت فنری شد. استفاده از ابزار غیر دوار و همچنین پولیش سطحی مکانیکی- شیمیایی سبب بهبود قابل ملاحظه‎ ای در پرداخت نهایی و شفافیت نمونه‎ ها گردید. همچنین انحراف هندسی برای استراتژی شطرنجی در دو راستای عمقی و شعاعی کمتر از mm 1 ایجاد شده که در محدوده مجاز پنجره فرآیندی شکل‎دهی تدریجی تک نقطه‎ ای قرار دارد.

    کلیدواژگان: نمونه ‎سازی سریع، کانوپی هواپیما، شکل‎دهی تدریجی تک ‎نقطه ‎ای، ورق پلی‎کربنات، استراتژی مسیر ابزار
|
  • Mojtaba Riyahi Vezvari *, Amin Nikoobin, Ali Ghoddosian Page 1

    This paper investigates the point-to-point motion of the end effector of a 2-DOF parallel robot with minimum torque consumption. The presented method improves the dynamic performance of the robot. This method compensates the inertia force, gravity, Coriolis and the centrifugal terms of the system. The design parameters and optimal trajectory of the robot are simultaneously obtained for a predefined point-to-point motion. Two adjustable counterweights are attached to each active link. The mass of the counterweights and the installation angle of them are considered as design parameters. The optimal trajectory of the robot is obtained by the third-order spline interpolation. Minimum-effort is the objective function of the problem. The numbers cup optimization method is used to find optimum values of the design variables of trajectory and design parameters of the robot. The simulation results show that the objective function has been approximately reached zero value. An experimental robot was developed to verify the simulation results and illustrate the efficiency of the proposed approach. With adjusting the design parameters of the robot, the servo-actuators are operated in position control mode. The experimental outputs show that the objective function has been reduced by about 90% compared to the typical form of the robot.

    Keywords: torque minimization, 2-DOF parallel robot, counterweights, optimal trajectory, optimization
  • Ali Pourmoradi, Mehdi Sabzeh Parvar *, Ali Ashrafi Page 2

    In recent decades, quadrotors are considered, because of the special missions and reducing the cost of flight operation. In this paper, three flight missions are defined to the quadrotor for shooting the special area. Attitude control of quadrotor is analyzed on basis of state-dependent Riccati equation. In the first mission, an experimental sample is taken in order to find the Euler angles for the implementation of routes. The sample quadrotor is on basis of the proportional–derivative controller. For this purpose, results of simulation base on proportional–derivative controller are conducted and the results are validated by state-dependent Riccati equation controller method. In the second and the third missions, the quadrotor is given maneuver by state-dependent Riccati equation method and flies in more complex routes such as square and round to cover more surface. Considering external wind fieldis the important parameter for the mention missions. The feasibility of these missions related to quadrotor stability and guaranteed security in wind field, for this purpose, the influence of force and moment of the wind field is applied to equations of motion of quadrotor. Dynamic performance of quadrotor is investigated for proportional–derivative, linear quadratic regulator and state-dependent Riccati equation methods encountering wind field.

    Keywords: Quadrotor, Attitude control, altitude control, Nonlinear algorithm, Wind field
  • Abbas Mohammadi, Kamal Jamshidi *, Hamed Shahbazi, Mehran Rezaie Page 3

    In this paper deep neural controller is evaluated in self-driving car application which is one of the most important and critical among human-in-the-loop cyber physical systems. To this aim, the modern controller is compared with two classic controllers, i.e. proportional–integral–derivative and model predictive control for both quantitative and qualitative parameters. The parameters reflect three main challenges: (i) design-time challenges like dependency to the model and design parameters, (ii) implementation challenges including ease of implementation and computation workload, and (iii) run-time challenges and parameters covering performance in terms of speed, accuracy, control cost and effort, kinematic energy and vehicle depreciation. The main objective of our work is to present comparison and concrete metrics for designers to compare modern and traditional controllers. A framework for design, implementation and evaluation is presented. An end-to-end controller, constituting six convolution layers and four fully connected layers, is evaluated as the modern controller. The controller learns human driving behaviors and is used to drive the vehicle autonomously. Our results show that despite the main advantages of the controller i.e. being model free and also trainable, in terms of important metrics, this controller exhibits acceptable performance in comparison with proportional–integral–derivative and model predictive controllers.

    Keywords: Cyber Physical Systems, Human-in-the-loop system, Deep learning, End-to-end control, Self-driving car
  • Ali Zamani, Malihe Eftekhari, Mojtaba Eftekhari * Page 4

    In this paper, the nonlinear vibration of a rotating blade with varying rotating speeds is investigated. The rotating blade is considered as a rotating cantilever Euler-Bernoulli beam without geometric nonlinearity. The angular velocity is assumed as a constant value which is fluctuated with small amplitude. The nonlinear partial differential equations of the rotating cantilevered beam are derived in three-dimensional using Hamilton's principle. Then, the Galerkin discretization method is applied to the nonlinear partial differential equations to obtain three nonlinear ordinary differential equations. The method of multiple scales is utilized to derive six first-order ordinary differential equations to describe the time variation of amplitudes and phases of interacting modes. The stability and bifurcation of fixed points are obtained by using the eigenvalues of the Jacobian matrix of the modulation equations. Numerical results demonstrated that near the primary resonance and internal resonance the fixed points lose the stability through the saddle node bifurcation. Moreover, the transfer energy among the modes and jump in amplitude of modes occur in frequency response at the different cases of internal resonance.

    Keywords: bifurcation diagram, Rotating beam, varying rotating speed, internal, external resonance, Fixed points
  • Reza Azarafza, Keramat Malekzadeh Fard, Meysam Golaghapour Kami, Alireza Pourmoayed * Page 5

    In this paper, free and forced vibrations of a cylindrical sandwich shell with orthogonal stiffeners using high-order theory were analyzed. The sandwich structure is consists of two orthotropic composite face sheets and a flexible foam core and longitudinal and environmental stiffeners. The face sheets and core are perfectly glued together and there is no relative displacement between them at the interfaces. To analyze this shell under simply supported boundary conditions, the face sheets’ displacements are based on Kant's third-order theory and in the core, the second Frostig’s model is used. The Rayleigh-Ritz method to solve free vibration and the assumed modes method to analyze forced vibration were used. In the forced vibrations section, sinusoidal loading is applied uniformly and radially to the shell. The vibrations of the stiffened sandwich shell are simulated with Abaqus software. Finally, the effect of various parameters as length to radius ratio, thickness to radius ratio, core thickness to total thickness, structure and material of face sheets and core on the vibration response of the structure has been investigated. To validate, the results of free and forced vibrations obtained from the present analysis were compared with the results of other references and Abaqus software.

    Keywords: Free Vibrations, Forced vibrations, Sandwich Shell, Orthogonal Stiffeners, High-order theory
  • Saeed Nezamivand Chegini *, Zohreh Karimi Rastehkenari, Ahmad Bagheri, Bahman Ahmadi Page 6

    In this paper, a new method for removing the noise from the vibration signals acquired from the rotating machinery for its condition monitoring is presented. Firstly, each signal is decomposed into its modes using the empirical mode decomposition method. Then for distinguishing the noisy modes from the noise-free modes, the similarity measure between the probability density function of the raw signal and its modes is calculated. Finally, the noise-dominate modes are denoised by the improved thresholding function, and the denoised signal is reconstructed. In this study, the proposed method is implemented for denoising the simulated signal and real data corresponding to different bearing conditions. Finally, the kurtosis and the envelope spectrum of the denoised signal are calculated for detecting the fault presence and its type. The results show that the proposed technique can improve the quality of the reconstructed signals so that the sensitivity of the kurtosis factor to the presence of the defect in the inner and outer rings is increased. Also, the defects frequencies appear in the spectrum of the signals denoised, and the fault type can easily be detected. The results indicate that the proposed denoising technique is superior to the conventional empirical mode decomposition-based denoising method.

    Keywords: Vibration Signals Denoising, Empirical Mode Decomposition, probability density function, Bearing Fault Diagnosis, Improved Thresholding Function
  • Ehsan Davoodi, Pedram Safarpour *, Mehdi Pourgholi, Mostafa Khazaee Page 7

    The vibration transmitted to helicopter aircrew is the main risk factor for their health. In this paper, a seat suspension based on a negative stiffness structure is proposed to improve the vibration environment for the aircrew. The main advantage of the proposed seat suspension is mitigation of vibration transmitted to occupant in the same time keeping the system payload capacity. Hereafter deriving the dynamic model of the proposed system, the occupant model is attached to achieve an integrated occupant-seat-suspension model. Next, the design procedure of suspension parameters is presented to reduce the vibration transmission. In order to reach realistic results, the simulations are performed using the measured data on Bell-412 helicopter cabin floor. Then, the level of vibrations transmitted to seat and pilot body parts are evaluated using ISO-2631 and common criteria. The results show the performance of system based on negative stiffness structure is good in terms of vibration reduction so that root mean square and vibration dose value of vertical vibration for pilot’s body parts are mitigated about 40% in comparison with cabin floor vibration. Also, according to ISO-2631, comfort level is upgraded from uncomfortable to a little uncomfortable which represents promotion of ride quality and improvement of vibration environment for the pilot. Furthermore, the results indicate that no frequency modulation happens in the vibration transfer path from the cabin floor to the pilot’s head.

    Keywords: vibration damping, Negative stiffness structure, Seat suspension system, Whole body vibration, Pilot seat
  • Yavar Nourollahi Golouje, Mahdi Abtahi * Page 8

    In this paper, chaos control in the vehicle during passaging of intermittent roughness has been investigated using a fuzzy fast terminal sliding mode control method. For this purpose, the nonlinear half model for the vehicle is considered due to the nonlinear behavior of the springs and dampers used in the suspension system and tires. Initially, the dynamical equations of motion are derived using the Newton-Euler laws and then are solved using the fourth-order Runge-Kutta method. To analyze the chaotic dynamics, the nonlinear dynamic system is studied by specific techniques for identifying the chaotic behaviors such as frequency response diagrams, bifurcation diagrams, frequency spectra, phase plane trajectories, Poincare¢ section and max Lyapunov exponent. Therefore, using these methods, the chaotic zones along with the critical values in order to excite chaos based on the input force of the road surface are depicted on the uncontrolled model. Consequently, to eliminate this chaotic behavior, the control signals in the active suspension system are generated using the novel fuzzy fast terminal sliding mode control algorithm. According to the simulation results of the feedback system, the unwanted vibrations in the suspension system can be stabilized at a proper time via the efficient fuzzy fast terminal sliding mode controller besides the rejection of the irregular chaotic behaviors.

    Keywords: Chaotic vibrations, bifurcation diagram, Terminal sliding mode, fuzzy inference
  • Mehdi Behzad *, Ali Davoodabadi, Hesam Addin Arghand Page 9

    Early fault detection of the rolling element bearings has a very important role in increasing the reliability of rotating machines.It leads to better decision-making for maintenance activities.  In recent decades, the shock pulse method has been developed to detect faults in the early stage of rolling element bearings degradation. In this paper, the accuracy of the remaining useful life estimation using extracted features from vibration signals and that from the shock pulse method are compared. In this regard, a set of accelerated life tests on rolling element bearings were designed and performed. Both shock pulse signals and vibration signals of the under-test rolling element bearings were recorded. Then two models based on feed-forward neural-network are developed to predict the remaining useful life of rolling element bearings. In the first model, only extracted features from vibration signals are fed for remaining useful life prediction. In the second model, the extracted features from shock pulse method are fed too. The results show that using shock pulse method-based features improves the accuracy of remaining useful life estimation. Also, using the health indicators extracted from vibration analysis and shock pulse method leads to a better estimating of the degradation behavior.

    Keywords: Rolling element bearings, Condition monitoring, Vibration analysis, shock pulse method, Neural-network
  • Shahram Ajori * Page 10

    In this study, natural frequency of single- and double-walled boron-nitride nanotubes under physical adsorption of Flavin Mononucleotide molecules are investigated employing the molecular dynamics simulations in vacuum and aqueous environments. The effects of different boundary conditions and geometrical parameters on the natural frequency have been explored. According to the results, the physical adsorption of polymers reduces the natural frequency of boron-nitride nanotubes which is considerable in the case of boron-nitride nanotubes with fully clamped boundary conditions. Moreover, it has been observed that the frequency shift for clamped-free boundary condition in an aqueous environment due to change in mode-shape which is the result of van der Waals interaction with environment, is positive. Also, it is observed that frequency shift of single-walled boron-nitride nanotubes with smaller aspect ratios is higher than that of single-walled boron-nitride nanotubes with higher aspect ratios and double-walled boron-nitride nanotubes. Considering the aqueous environments, frequency shift considerably increases, whereas the slope of variation with the weight percentage decreases. The result of this study can be used as the benchmark for further studies in nanoelectromechanical systems to design more efficient molecular recognition nanobiosensors in aqueous environments.

    Keywords: Boron-nitride nanotube, physical adsorption, Flavin Mononucleotide, Natural frequency, Molecular dynamics simulations
  • Sanaz Jafari * Page 11

    Thermal stresses caused by temperature changes, along with high angular velocities in industrial rotating disks will reduce the strength of the disk material. Therefore, analysis of rotating disks under thermal-mechanical loads and estimation of the elastic limit angular velocity have particular importance as a criterion of the initiation of plastic deformation. In this paper, analytical modeling for thermoelastic analysis of functionally graded rotating disks is performed by considering the variations of all the geometric and mechanical properties of the rotating disk in a radial direction. The homotopy perturbation method is used as an analytical method to solve equations. The results are verified by the finite difference method and the data in the references. Numerical analysis is performed to investigate the influence of thickness parameter, thermal loading type and boundary conditions on the limit angular velocity and the radius of initiation of the plastic deformation. The Tamura-Tomota-Ozawa model is used to calculate yield stress at different radius of functionally graded disk. Finally, it is shown that by defining the appropriate temperature gradient on the outer surface as a boundary condition, the level of thermal stresses can be controlled and reduced up to 20% compared to the constant thermal boundary condition.

    Keywords: Rotating disk, Functionally graded material, Homotopy Perturbation Method, Yield Stress, Limit angular velocity
  • Hamid Reza Sabermanesh, Mehdi Ghannad *, Seyed Mahdi Hossein Farrash Page 12

    In this research, buckling of polymer matrix composite plates containing unidirectional glass fibers under in-plane pressure load is investigated. Moreover, the effect of adding carbon nanotubes as reinforcement into the matrix material on the critical buckling load of composite plates is studied. Using hand lay-up method, rectangular glass/epoxy composite plates with and without carbon nanotubes were fabricated. 0.25, 0.5 and 1.0 weight percent of carbon nanotubes were added to the epoxy resin and composite plates were subjected to the longitudinal in-plane pressure load. The plates were tested under fix ended boundary conditions utilizing Instron hydraulic universal testing machine. Based on the results, adding 0.5 weight percent of carbon nanotubes has the most influence on the critical buckling load of the plates. Results show that adding 0.5 weight percent of carbon nanotubes into the matrix material increases the critical buckling load of the carbon nanotubes /glass/epoxy plate more than two times with respect to that of glass/epoxy composite plate. Furthermore, when the carbon nanotubes weight percent reaches 1 %, because of carbon nanotubes agglomeration, carbon nanotubes are not dispersed well into the epoxy resin and the critical buckling load of the composite plate decreases. To validate the results, buckling analysis of glass/epoxy composite plate was done in Abaqus finite element software. Finite element models confirm the experimental results obtained.

    Keywords: composite plate, Carbon Nanotube, Glass, Epoxy fibers, Buckling analysis, Experimental study
  • Amirhossein Tavari, MohammadHadi Honarvar *, Mostafa Hajlotfalian Page 13

    Although X-ray imaging is a precise method for measuring vertebral curvature, the radiation dose that patient receives may be detrimental for the body. The purpose of this study is to introduce a non-invasive method based on surface data acquisition to determine vertebral curvatures in three-dimensional space. In this method, infrared depth-sensing cameras are used to generate a 3D point cloud from the patient's back surface. To analyze the topographic map obtained from the back surface, first of all, the anatomical landmarks are determined. These landmarks are necessary for transferring the point cloud data into the frontal plane and make the results free of small setup errors of the sensor. Then, the central position of each vertebra is estimated and the vertebral curvatures are calculated by Cobb's angle method. A review of similar past studies and our case study results demonstrate that estimation of vertebral curvatures from back topographic map is possible. Accordingly, can be said, this non-invasive, inexpensive and portable method with acceptable results can be used in clinics and orthopedic centers for monitoring and screening of scoliosis patients.

    Keywords: Surface Data Acquisition, Point Cloud, Vertebral Curvatures, Scoliosis
  • Tohid Mirzababaie Mostofi, Mohammad Rezasefat, Mostafa Sayah Badkhor, Hashem Babaei * Page 14

    This paper dealing with an experimental study, numerical simulation, and mathematical modeling of the dynamic response of single-layered and double-layered circular plates under localized impulsive loading. In the experimental section, six experiments were conducted on double-layered configurations made of copper-aluminum plates (2mm+2mm) under different loading conditions. ABAQUS commercial software via a user-defined FORTRAN subroutine was used to develop a numerical model. The Johnson-Cook thermo-viscoplastic constitutive law, as well as the Johnson-Cook damage model, was used in the model. The numerical simulations were verified using the conducted experiments in this study and those in the literature. It has been shown that simulations correctly reproduce the deformation mechanisms of structures during the loading process. Furthermore, a rigorous parametric study was conducted on double-layered metallic plates made of five different layering configurations including aluminum-aluminum, steel-steel, steel-aluminum, copper-aluminum, and copper-steel plates. Two and four different plate radiuses and charge diameters were considered. After conducting the parametric study, an empirical model based on new dimensionless numbers was developed to predict the maximum transverse deflection of plates. Very good overall agreement was obtained between the results of numerical simulations and empirical predictions.

    Keywords: Experimental study, Plastic Deformation, Impulsive loading, Localized load, numerical simulation
  • Mohammad Azadi *, Mostafa Saeedi, Mehdi Mokhtari Shirazabad, Pablo Lopez Crespo Page 15

    In this article, the sensitivity analysis of the displacement rate effect under tensile loading on the crack growth behavior in the carbon-epoxy composite has been investigated. For this objective, the tensile test was performed on double cantilever beam samples, according to the ASTM-D5528 standard under displacement-controlled loading and under displacement rates of 0.05, 0.5, 5 and 50 mm/min. Then, the regression analysis was done on outputs of experimental data by the Minitab software. For this objective, the sensitivity analysis was performed on three fracture characteristics of composite specimens. These fracture mechanics parameters were the critical energy release rate (with three different fracture energy methods), the maximum failure force and the initial crack tip opening displacement by the use of the digital image correlation technique. Results showed that the variation of the displacement rate affected the maximum failure force and the energy release rate and therefore, these values were sensitive to changes in the displacement rate. However, the maximum value of the initial crack tip opening displacement of the composite was dependent on the logarithmic displacement rate under tensile loading. Finally, the changing trend of fracture mechanics characteristics in the composite was increasing by increasing the displacement rate.

    Keywords: Sensitivity analysis, Fracture behavior, Carbon-epoxy composite, Displacement rate, Regression analysis
  • Hamidreza Khayyati, Yadollah Alinia * Page 16

    In this study, the thermo-elastic behavior of an aluminum die cast die during the casting process is analyzed. The cyclic symmetry nature of the die geometry offers a simplified reduced model for the finite element simulation. It is assumed that the temperature distribution on the molten metal affected boundaries follows a smooth function variation while the free surfaces of the die experience a convection heat transfer type. Considering a particular boundary condition, the results of the current study conform to the available analytical solutions. A detailed sensitivity analysis is conducted to highlight the effects of die preheat, groove corner radius of curvature and the thermal barrier coatings. The results indicate that the die preheating before the casting process can significantly decrease the stress level within the system. Also, an increase in the radius of curvature for the groove corners may result in a 25% reduction of the von Mises stress around these crack susceptible zones. Application of hard chromium or a silicon nitride thermal barrier coating considerably increases the thermal shock strength of the die such that a 0.1mm thick hard chromium coating can decrease the maximum von Mises stress about 49% with respect to the non-coated specimen. Especially for a functionally graded coating type, the reduction in maximum von Mises stress is around 70% compared to the non-coated specimen.

    Keywords: Die cast, Thermal stresses, von Mises stress, finite element method, Thermal barrier coating
  • GholamReza Juzdani, Sayed Ehsan Mirmohammadsadeghi * Page 17

    Determination of machining forces in order to calculate the required power and torque for cutting and select the right tools, equipment, and cutting parameters (feed rate, cutting depth, cutting speed) for machining the desired geometry and material prior to the process is significant. The analysis of machining forces is necessary to determine the forces to reduce the cost of performing multiple empirical experiments. In this study, the components of, , and  milling forces with two cutting edges with main adjustment angle were predicted by the mechanistic modeling method by calculating cutting and edge force coefficients. Also, for the first time, the cutting section of the workpiece was designed in order to eliminate the calculating error of the round corner of inserts.To avoid the interaction of the parameters, simultaneous change of cutting speed with feed rate was avoided and 8 experiments with different feed rates but with the same cutting speed were performed. A comparison of the modeled forces curve with the results obtained from the dynamometer shows acceptable agreement.As the feed rate increases, the difference between the predictive and experimental force decreases relative to the increase of force.

    Keywords: Machining forces, cutting parameters, Milling, mechanistic modeling, Cutting, edge force coefficients
  • Mahdi Vahdati *, Mahmoud Moradi Page 18

    The thermal cycles involved in friction stir welding process cause softening in the joint of heat-treatable aluminum alloys. To overcome this limitation, submerged friction stir welding process has been developed. In this study, firstly, the butt joints were produced from Al7075-T6 alloy using friction stir welding process. To this end, the response surface methodology was selected as the experiment design technique. So, the factors such as tool rotational speed, tool feed rate, tool shoulder diameter, and tool tilt angle were identified as the input variables. Then, a statistical analysis of variables affecting the tensile strength of joints was performed. Afterward, the butt joints were produced using submerged friction stir welding process based on the optimal values of tool feed rate and tool tilt angle. The obtained results from analysis of variance and regression analysis of experimental data confirmed the accuracy of regression equations. Furthermore, it is shown that the linear, interactional and quadratic terms of the tool rotational speed and tool shoulder diameter are effective on the ultimate tensile strength of the underwater welded joints. Also, the optimal condition of input variables was determined using the desirability method. In addition, the optimal condition has been confirmed by implementing the verification test.

    Keywords: statistical analysis, optimization, Tensile Strength, Friction Stir Welding, Response surface methodology
  • Mahdi Kazemi * Page 19

    In this paper, the effective factors in the welding process and its effects such as residual stresses in the peripheral welding process of a pipe have been investigated using Abaqus software. The analysis was performed in two stages, thermal and mechanical. First, in thermal analysis, the temperature distribution of the welding process was obtained, and then the obtained temperature field was used as a load in mechanical analysis to obtain the distribution of residual stresses and deformations. The effect of different parameters such as welding speed, heat input, and sequence of welding path on residual stress values ​​and deformations were investigated. Results showed that with a 50% increase in electrode speed, tensile and compressive stresses on the outer surface of the pipe showed an increase of 43.47 and 15.15%, respectively. Also, a 20% increase in heat input led to a reduction of 2.6 and 18.18% in tensile and compressive stresses on the outer surface of the pipe. Also in this paper, an optimal path for peripheral welding of pipes is presented.

    Keywords: Welding, Residual stress, temperature field, Thermal, and mechanical analysis
  • Abozar Barimani Varandi *, Mohammad Kazemi Nasrabadi, Bahram Abedi Ravan Page 20

    The canopy as a clear cockpit protector is one of the strategic polymer parts in the aviation industry. Conventional forming processes aren't cost-effective for individual production of transparent polymer canopies due to high energy consumption and high costs of machinery, equipment, and tools. In this paper, rapid prototyping of geometry similar to integral canopies is investigated using an incremental forming process of transparent polycarbonate sheets on a laboratory scale. Polycarbonate sheets with suitable mechanical, thermal, chemical, and optical properties are used in the manufacturing of the latest integral canopies. In single point incremental forming experiments, effect of tool rotational velocity on apparent transparency and effect of toolpath strategy on geometric accuracy were investigated. Three toolpath strategies including raster, spiral from outside, and spiral from inside were applied. Post-forming heating at about 55°C for 30 min resulted in a 50% reduction in spring back by releasing process-induced residual stresses. The use of a non-rotating tool as well as a mechanical-chemical surface polishing improved the final finishing and transparency of samples. Additionally, the amount of deviation for the raster strategy in both depth and radial directions was less than 1 mm, which was within the allowable range of process window of single point incremental forming.

    Keywords: Rapid Prototyping, aircraft canopy, single point incremental forming, Polycarbonate sheet, toolpath strategy