فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و سوم شماره 6 (شهریور 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/05/25
  • تعداد عناوین: 20
|
  • محمدجواد یارمحمدی جلالی فراهانی، مصطفی تقی زاده*، آرش صادق زاده صفحه 1

    توربین های باد با سیستم انتقال قدرت هیدرواستاتیک علاوه بر مزایای عمده خود از قبیل افزایش قابلیت اعتماد و امکان بکارگیری ژنراتورهای سنکرون، این امکان را می دهد تا با نصب ذخیره کننده زمان کوتاه، کیفیت و کمیت توان خروجی از توربین باد را افزایش دهد. ذخیره سازی انرژی از این لحاظ دارای اهمیت می باشد که مقدار قابل توجهی از توان موجود در پروفایل باد، نهفته در اغتشاشات است که با بکارگیری ذخیره کننده مناسب می توان این مقدار توان نهفته را بهره برداری نمود. در این مقاله به بررسی و مطالعه آثار بکارگیری ذخیره کننده در توربین باد و تاثیر سایز آن در سیستم انتقال قدرت هیدرواستاتیک پرداخته شده است. ابتدا مدل دینامیکی غیرخطی توسط روابط آیرودینامیکی و سیالاتی توربین باد بدست می آید. سپس معادلات حاکم، حول نقاط عملکردی از قبل بدست آمده، خطی سازی می شوند. با استفاده از معادلات بدست آمده، سیستم کنترلی بر مبنای کنترل کننده تناسبی-انتگرالی-مشتقی و با قابلیت سوییچینگ بمنظور کنترل در تمامی نواحی عملکردی توربین باد طراحی و سپس بر روی سیستم اعمال می شود. طی سناریوهای مختلف شبیه سازی در حالت بدون ذخیره کننده و همچنین با ابعاد مختلف آن، تاثیر افزودن ذخیره کننده بر بهبود کیفیت و کمیت توان خروجی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با انتخاب مناسب سایز ذخیره کننده، توان خروجی افزایش چشمگیری می یابد و همچنین منجر به کاهش نوسانات و بهبود کیفیت توان خروجی خواهد شد.

    کلیدواژگان: توربین باد، ذخیرهکننده زمانکوتاه، هیدرواستاتیک، تناسبی-انتگرالی-مشتقی، سوئیچینگ
  • محمد لشگری، ابوالقاسم نقاش* صفحه 2

    هدف اصلی در این مقاله مدلسازی و شبیه سازی دینامیک پرواز برای ریزپرنده بالزن شبه سنجاقکبا مکانیزمکلپ فلینگدوبل و دارای دم صلب فعال می باشد. این مقاله به شبیه سازی دینامیک پرواز یک بالزن شبه سنجاقک که بتواند از حرکات دم نیز برای پایداری مود طولی استفاده کند، می پردازد. ابتدا با روش کین معادلات حرکت مود طولی استخراج می شوند. سپس معادلات آیرودینامیکی برا و پسای ریزپرنده دل فلای2 و شبیه سازی گیربکس به معادلات حرکت بدست آمده با روش کین اضافه می شود. همچنین یک ساختار جدید برای ریزپرنده بالزن شبه سنجاقک ارایه می گردد که در آن حرکت دم مشابه حرکت دم حشرات در مود طولی استفاده شده است. در این کار از حرکت دم بعنوان سطح کنترلی (الویتور) استفاده نشده، بلکه از گشتاور یک دم صلب بعنوان گشتاور کنترلی استفاده می شود.اختلاف دور موتورها منجر به تراست تفاضلی شده و بعنوان ورودی کنترلی باعث گشتاور پیچ می شود. معادلات گیربکس هم بصورت یک مکانیزم چهارلینکی شبیه سازی می شود و سپس نتایج شبیه سازی معادلات غیرخطی مورد بحث قرار می گیرد. در نهایت با فرضیاتی مناسب معادلات دینامیک و آیرودینامیک و گیربکس تواما خطی سازی شده و به فرم فضای حالت ارایه می شود و پاسخ مدل خطی سازی شده در حالت حلقه باز با ایجاد شرایط اولیه مناسب برای موتورها با پاسخ غیرخطی مقایسه خواهد شد.

    کلیدواژگان: ریزپرنده شبه سنجاقک، مکانیزم بالزن کلپ فلینگ، بالزن، هاور، روش کین
  • فریما حاجی احمدی، پیام زرافشان*، محمد دهقانی، سید علی اکبر موسویان، سید رضا حسن بیگی صفحه 3

    در این مقاله به معرفی و مدلسازی دینامیکی و کنترل یک ربات پایه متحرک برای پاک کردن صفحات فتوولتاییک مزارع خورشیدی پرداخته می شود. با توجه به قرارگیری صفحات فتوولتاییک در محیط هایی که عملیات کشاورزی در آن ها انجام می شود، همواره مشکل تجمع گرد و خاک بر روی سطح صفحات فتوولتاییک، منجر به کاهش بازده انرژی می گردد. به همین دلیل و با توجه به موقعیت قرارگیری صفحات فتوولتاییک بایستی به صورت دوره ای در زمان های معین به پاک کردن این صفحات پرداخته شود. برای پاک کردن صفحات فتوولتاییک می توان از ربات های خودکار پاک کننده استفاده نمود. برای جابجاکردن ربات پاک کننده بین ردیف های صفحات فتوولتاییک در مزارع خورشیدی، از یک ربات متحرک برای جابه جایی استفاده می گردد. در این طرح، پایه متحرک ربات به یک بازوی ساده مجهز شده است تا بتواند پاک کننده را در بین ردیف های مختلف جابه جا نماید. این امر باعث می شود تا برای پاک کردن صفحات فتوولتاییک یک نیروگاه از یک سیستم خودکار بهره جست و بر خلاف طرح های موجود نیازی به استفاده از یک ربات برای هر ردیف نمی باشد. بنابراین، ضمن معرفی این سیستم رباتیک، و به عنوان بخشی از تحلیل و طراحی اولیه، به مدلسازی دینامیکی و کنترل آن پرداخته می شود. در پایان، مزایا و معایب هر روش برای ربات طراحی شده در انجام عملیات پاک کردن صفحات فتوولتاییک بررسی می گردد.

    کلیدواژگان: ربات پاک کننده صفحات فتوولتائیک، مزارع خورشیدی، مدلسازی دینامیکی، کنترل مدل مبنا، شبیه سازی
  • علی حیدر فعله گری، جواد احمدی* صفحه 4

    معمولا در ربات های موازی کابلی حداقل به یک نیروی محرک افزون تر علاوه بر درجات آزادی نیاز است تا کابل ها را در تمام جهت های فضای کاری در حال کشش نگه دارد که این موضوع حل یک مساله بهینه سازی برای تعیین نیروی کشش کابل ها را به دنبال دارد. در این مقاله، یک مساله ی بهینه سازی محدب، بر روی ربات موازی کابلی صفحه ای با بکارگیری شرایط بهینگی از طریق تیوری کاروش کان تاکر و روش تحلیلی تکرار، جهت دستیابی به کمینه بردار نیرویی عملگرها که زمان و حجم محاسباتی کمتری داشته باشد، فرموله بندی شده است که در آن حدود پایین و بالای متغیرهای بهینه سازی به ترتیب، برای اطمینان از درکشش ماندن کابل ها و درنظرگرفتن حد اشباع عملگرها یا حد گسیختگی کابل ها (هر کدام کمتر باشد)، اعمال شده است و قیود مساوی که رابطه بین نیروی عملگرها و نیروی واردشده به پلتفرم متحرک را بیان می کنند، با تعریف نیروی عملگرها به صورت مجموع پاسخ پایه و همگن (که در فضای پوچی ماتریس ترانهاده ژاکوبین ربات قرار دارد) حذف شده اند. مقایسه نتایج حل تحلیلی تکرار ارایه شده در این مقاله با الگوریتم های عددی بهینه سازی نرم افزار متلب نشان می دهد که این روش، بسیار سریع تر از این الگوریتم ها به پاسخ بهینه همگرا می باشد.

    کلیدواژگان: ربات موازی کابلی، ربات موازی افزونه، تفکیک افزونگی، حل تحلیلی، تئوری کاروش کان تاکر
  • مریم مبینی بیدگلی، مهدی سبزه پرور* صفحه 5

    این مقاله روش جدیدی برای درک عمق براساس عملکرد چشم انسان در ناوبری فاز فرود هواپیماهای تجاری ارایه می‏ دهد. سیستم پیشنهاد شده برای شرایطی که دید محدود است، زیرساخت‏ های لازم در فرودگاه وجود ندارند و یا ابزار‏های ناوبری دچار مشکل شده‏ اند و اطلاعات نادرست ارایه می ‏دهند طراحی شده است. واحد اندازه‏ گیری اینرسی و داده‏ های مدل دیجیتالی ارتفاع در ارتفاع بالاتر از 60 متر از سطح زمین با هم ترکیب شده و منطقه فرود شبیه‏ سازی می‏ شود. با رسیدن به ارتفاع زیر 60 متر داده‏های دوربین مادون قرمز رو به جلو به ورودی سیستم اضافه می ‏شود. در نتیجه نقشه محیط بصورت بلادرنگ هنگام فرود بروز می ‎شود. در این مرحله برای درک عمق، روش تطبیق چشم به شبیه‏ سازی اضافه می ‏شود. در این بررسی از روش پسا رندر گوسی برای اجرای الگوریتم تاری تمرکز زدایی چشم استفاده شده است. نتایج شبیه‏ سازی با استفاده از استاندارد‏های سنجش کیفی سیستم بصری شبیه‏ ساز کامل پرواز ارزیابی شده است. نتایج بدست آمده بیانگر افزایش دقت روش پیشنهادی در زمینه‏های رزولوشن تصویر، زاویه دید خلبان، سرعت رندر فریم‏ها و تاخیر نمایش تصاویر است.

    کلیدواژگان: مدل‏سازی چشم خلبان، درک عمق، عمق میدان دید، فرود
  • حسن اسدی گرجی، اردشیر کرمی محمدی* صفحه 6

    در این مقاله، اثر چاه انرژی غیرخطی بر رفتار دینامیکی ورق الاستیک چهارسرلولای مستطیلی در زوایای آزیموس مختلف مورد تحقیق قرار گرفته است. ورق مورد نظر یک ورق مستطیلی نازک است که چاه انرژی غیرخطی به آن متصل شده و جریان هوای مافوق صوت از روی آن عبور می کند. هدف تحقیق، بهبود رفتار دینامیکی ورق با تغییر پارامترهای مکانی چاه انرژی غیرخطی می باشد. برای بدست آوردن معادلات ورق از تیوری ورق کلاسیک و برای درنظرگرفتن اثر غیرخطی هندسی از روابط کرنش-جابجایی ون-کارمن استفاده می شود. مدل سازی جریان آیرودینامیکی برای جریان مافوق صوت بر پایه ی "تیوری شبه پایای پیستون مرتبه اول" صورت پذیرفت. برای چاه انرژی غیرخطی نیز از مدل کلوین-ویت استفاده شده است. معادلات از روش لاگرانژ استخراج و سپس با روش رایلی-ریتز گسسته سازی شده و با استفاده از روش رانگ-کوتای مرتبه چهار نیز حل شده است. به منظور بررسی اثرات چاه انرژی غیرخطی، دیاگرام های تاریخچه زمانی، فضای فازی، مقطع پوانکاره و نمودار چندشاخه گی مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با استفاده از چاه انرژی غیرخطی، رفتار دینامیکی ورق را که در برخی حالات بسیار پیچیده است می توان به رفتار ساده تری تغییر داد و بهبود بخشید. در برخی حالت ها، نصب چاه انرژی غیرخطی در نزدیکی میانه ورق مناسب نیست.

    کلیدواژگان: جریان مافوقصوت، زاویه آزیموس، چاه انرژی غیرخطی، رفتار دینامیکی، چندشاخه گی
  • سید مازیار مرعشی، محمدهادی پاشائی*، محمد مهدی خطیبی، محمد عبدالهی صفحه 7

    استفاده از داده های ارتعاشی یکی از راه های پایش سلامت پل می باشد که معمولا پرهزینه و زمان بر است. پاسخ ارتعاشی وسیله نقلیه در حال عبور از پل،شامل پاسخ ارتعاشی پل نیز می باشد که می توان از آن برای استخراج پارامترهای مودال پل بهره برد. در این مقاله، به منظور شناسایی غیرمستقیم شکل مود پل از نسبت انتقال پذیری پاسخ وسیله نقلیه استفاده شده است. با نصب شتاب سنج بر روی محورهای وسیله نقلیه، اندازه گیری شتاب در حین حرکت صورت می گیرد و نیازی به توقف وسیله نقلیه روی پل ندارد. از طرفی، در اغلب روش های موجود فرض بر آن است که نیروی تحریک به صورت نویز سفید باشد اما در روش حاضر خصوصیات نیروی تحریک در نظر گرفته نمی شود که این مورد از دیگر مزایای این روش است. در شبیه سازی عددی، پل به صورت اویلر برنولی و وسیله نقلیه به صورت چهار درجه آزادی مدل شده اند. با حل هم زمان معادله برهم کنش پل با وسیله نقلیه، شتاب کلیه درجات آزادی حاصل آمده است. در ادامه شکل مود پل با اعمال روش انتقال پذیری زمان کوتاه بر داده شتاب محور وسیله نقلیه استخراج شده است. از آن جا که عملکرد روش های غیرمستقیم در شرایط واقعی با موانع و چالش های بسیار همراه است، در ادامه این تحقیق، مجموعه ای برای صحه گذاری تجربی روش پیشنهادی به صورت آزمایشگاهی طراحی و ساخته شده است. نتایج شبیه سازی عددی و نیز آزمایشگاهی دلالت بر توانایی روش حاضر برای شناسایی غیرمستقیم شکل مود پل دارد.

    کلیدواژگان: شکل مود پل، پایش سلامت، شناسایی غیرمستقیم، نسبت انتقال پذیری، صحه گذاری تجربی
  • عباس سلطانی*، شهرام آزادی صفحه 8

    این مقاله، ترکیبی از سیستم های فعال شاسی جهت بهبود پایداری چرخشی و غلتشی خودرو با استفاده از سیستم های ترمز فعال و تعلیق نیمه فعال را ارایه می کند. سیستم ترمز فعال طراحی شده بر اساس کنترل مود لغزشی، احتمال واژگونی خودرو را با کاهش سرعت طولی و شتاب جانبی کاهش می دهد. همچنین، یک سیستم تعلیق نیمه فعال به روش کنترل فازی جهت بهبود پایداری غلتشی طراحی شده که اثر شتاب جانبی را بر زاویه غلت و سرعت آن کاهش می دهد. نرخ انتقال بار جانبی، به عنوان معیار واژگونی انتخاب می شود که بر پایه زاویه غلت و شتاب های عرضی و غلتشی می باشد. یک مدل دینامیکی خودرو در محیط نرم افزار آدامز ساخته می شود که شامل زیرسیستم های تعلیق عقب و جلو، ترمز و فرمان، مدل تایر و بدنه می باشد. ویژگی های غیر خطی تایرها، بوش ها، فنر ها و میراگرها نیز در این مدل لحاظ شده اند. بنابراین مدل، عملکرد دینامیکی خودرو را به طور دقیق بیان می کند. الگوریتم کنترلی تحت مانور های زاویه پله فرمان و تعویض مسیر با استفاده از شبیه سازی مشترک نرم افزار های آدامز و متلب ارزیابی می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که سیستم طراحی شده با کنترل کننده های ترکیبی در مقایسه با سیستم های جداگانه ترمز فعال و تعلیق نیمه فعال به خوبی می تواند پایداری چرخشی و جلوگیری از واژگونی خودرو را بهبود بخشد.

    کلیدواژگان: کنترل شاسی خودرو، پایداری چرخشی، پایداری غلتشی، شبیه سازی مشترک نرم افزار، آدامز و متلب
  • سعید خان کلانتری، کاظم حیدری، محسن حاجی زاده، حسن محمدخانی* صفحه 9

    سیستم ناوبری اینرسی یک سیستم ناوبری کور بوده و دقت آن کاملا به دقت تخمین شرایط اولیه و به ویژه جهت گیری اولیه وابسته است، به همین دلیل تعیین دقیق جهت گیری اولیه در یک سیستم ناوبری اینرسی بسیار مهم است. در این مقاله یک روش جدید برای افزایش دقت و سرعت همگرایی جهت گیری اولیه در یک سیستم ناوبری اینرسی ارایه شده است. روش ارایه شده در این مقاله یک روش دو مرحله ای است که شامل تلفیق فیلتر کالمن با مشاهده گر مود لغزشی مرتبه بالا می باشد. در سیستم ناوبری اینرسی خطاهای ترازیابی بسیار سریع تر از خطای زاویه سمت همگرا می شوند، بنابراین همگرایی زاویه سمت زمان زیادی را به زمان تخمین جهت گیری اولیه تحمیل می کند.  به همین دلیل در این مقاله در مرحله اول به کمک فیلتر کالمن متغیرهای حالت سیستم تخمین زده می شوند و پس از آنکه متغیرهای حالت به جز زاویه سمت همگرا شدند، مرحله دوم آغاز می شود. در مرحله دوم نتایج تخمین حاصل از فیلتر کالمن به عنوان ورودی برای تعریف یک سیستم با ورودی نامعین، معادل با سیستم خطای ناوبری اینرسی به کار برده شده و با استفاده از مشاهده گر مود لغزشی مرتبه بالا، متغیر زاویه سمت، از سیستم جدید با ورودی نامعین تخمین زده می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که استفاده از روش ارایه شده در این مقاله علاوه بر افزایش سرعت همگرایی باعث افزایش دقت تخمین نیز می شود.

    کلیدواژگان: ناوبری اینرسی، جهت گیری اولیه، خطای زاویه سمت، فیلتر کالمن، مشاهده گر مود لغزشی مرتبه بالا
  • معصومه سلطانی*، علی آهنیان صفحه 10

    مواد مدرج تابعی، مصالحی نوین با ساختاری ناهمگن و ویژگی های منحصر به فرد هستند که در سال های اخیر نظر پژوهشگران زیادی را به خود جلب کرده اند. بنابراین در این مقاله برای اولین بار، ارتعاشات آزاد و پایداری تیر ماهیچه ای با مقطع جدار نازک ساخته شده از مواد مدرج تابعی محوری بر بستر الاستیک وینکلر مورد بررسی قرار می گیرد. فرض بر این است که خواص مکانیکی ماده (ضریب ارتجاعی و چگال) در راستای طول عضو به طور پیوسته و براساس توزیع توانی، متغیر و نسبت پواسون ثابت فرض شده است. معادلات حاکم بر حرکت و شرایط مرزی با استفاده از اصل همیلتون و روش انرژی به دست می آیند. تحلیل پایداری و ارتعاش آزاد بر پایه مدل ولاسو برای مقاطع جدار نازک باز و با اعمال اثرات محل اتصال بستر الاستیک و خروج از مرکزیت بار فشاری در معادلات انجام شده است. با استفاده از روش مربعات دیفرانسیلی، دستگاه معادلات گسسته و حل می گردد. سپس با اعمال شرایط مرزی روی پاسخ های به دست آمده و با استفاده از روش حل مقادیر ویژه، بار کمانشی و فرکانس ارتعاشی محاسبه می شوند. در پایان نتایج حاصل از این تحقیقدر خصوص تیر همگن با مقطع متغیر با نتایج دیگر تحقیقات جهت بررسی صحت و دقت محاسبات مقایسه گردیده و تاثیر پارامترهای مختلفی همچون طول عضو، شرایط مرزی، خروج از مرکزیت بار فشاری، تغییر ابعاد مقطع، توان ماده مدرج تابعی، سفتی بستر الاستیک و محل اتصال فنر وینکلر بر روی پایداری و ارتعاش آزاد مورد ارزیابی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: کمانش خمشی-پیچشی، فرکانس ارتعاشی، مواد مدرج تابعی، بستر وینکلر، روش مربعات دیفرانسیلی
  • ناصر سینا، محمدرضا حایری یزدی*، وحید اصفهانیان صفحه 11

    با توجه به شرایط کنونی مصرف جهانی انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای، مطالعه تقاضای انرژی در بخش های مختلف امری ضروری می نماید. در عین حال، گزارش های آژانس بین المللی انرژی حاکی از آنست که سهم قابل توجهی از مصرف جهانی انرژی به بخش حمل ونقل اختصاص یافته است. از اینرو، بررسی تقاضای انرژی خودرو و عوامل تاثیرگذار بر آن، به ویژه در سال های اخیر، به موضوعی مهم مبدل شده است. مقاله حاضر به بررسی تقاضای انرژی خودرو با لحاظ نمودن توان اتلافی ناشی از لغزش تایر می پردازد. برای این منظور، توان های مقاوم حرکتی با درنظرگرفتن توان اتلافی اصلاح شده تایر بازنویسی شده و سپس با انتخاب دو خودروی سواری متفاوت، شبیه سازی ها در سه چرخه رانندگی شناخته شده انجام شده است. تقاضای انرژی خودروهای مورد مطالعه در چرخه رانندگی تهاجمی تر که دارای شتاب و سرعت بیشتری است، افزایش قابل ملاحظه ای داشته است. بر اساس نتایج، لحاظ نمودن انرژی اتلافی ناشی از لغزش باعث می شود که دقت محاسبه اتلافات تایر تا 6 درصد افزایش یابد و در صورتی که چرخه رانندگی تهاجمی تر باشد ویا نیروهای مقاوم حرکتی بیشتر باشند، انرژی اتلافی ناشی از لغزش تایر افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: تقاضای انرژی، خودرو، اتلاف تایر، لغزش تایر، مقاومت غلتشی
  • علی شیراوند، مسعود عسگری* صفحه 12

    در این تحقیق به بررسی رفتار جذب انرژی سازه های سلولی نظیر فوم ها از جنس آلومینوم پرداخته شده است. یکی از اهداف، توسعه ی مدل سازی میکروساختارسازه های سلولی و تحلیل رفتار پلاستیک آن ها از طریق روش المان محدود می باشد. در این تحقیق، ابتدا یک سلول واحد برای کاهش محاسبات عددی و همچنین مدل سازی تهیه می شود که دارای خواص آماری فوم موردنظر می باشد و سپس رفتار دینامیکی این سلول واحد تحت ضربه شبیه سازی شده است. همچنین، روش تحلیلی برای بدست آوردن مقدار کرنش تراکمی فوم ها با استفاده از نتایج المان محدود ارایه شده به طوری که حل المان محدود ارایه شده در این تحقیق دارای تطابق مناسبی با روش های تیوری دیگر پژوهش های انجام شده می باشد. به عبارت دیگر، با استفاده از روش تحلیلی، روش المان محدود و شبیه سازی مورد ارزیابی قرار گرفته است. با استفاده از آزمایش های شبیه سازی شده، یک مدل با استفاده از روش سطح پاسخ برای بدست آوردن کرنش تراکمی ارایه شده است که نتایج حاصل از این مدل نیز مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاصل ازاین پژوهش، نشان داد که امکان مدل سازی و تحلیل جذب انرژی (ضربه) فوم ها با استفاده از روش ارایه شده در این پژوهش امکان پذیر خواهد بود و می تواند در پژوهش های آینده به معادله ساختاری مناسب برای تحلیل میکروساختار انواع فوم ها دست یافت.

    کلیدواژگان: جذب انرژی، فوم های سلول بسته، روش سطح پاسخ، کرنش تراکمی، روش لاگوئر
  • پیمان غلامی*، محمدعلی فارسی صفحه 13

    در این مطالعه قابلیت اطمینان صفحات مستطیلی بدون سوراخ و حاوی یک سوراخ دایره ای مرکزی تحت بار کششی استاتیکی بررسی شده است. برای بررسی شروع و پیش روی آسیب از مفاهیم مکانیک آسیب پیوسته با استفاده از تحلیل اجزاء محدود استفاده شده است. معادلات سازگاری برای حالت آسیب همسانگرد تک جهته برای نمونه مستطیلی استخراج شده است و با کدی در نرم افزار المان محدود آباکوس اجرا می شود. برای بررسی احتمال خرابی نیز از روش مرتبه اول/دوم قابلیت اطمینان استفاده شده و تابع حالت حدی و متغیرهای تصادفی طبق مدل مکانیک آسیب به دست آمده است. برای نشان دادن آسیب، کانتورهای پیشرفت آسیب، نموار نیرو-جابجایی برای قطرهای مختلف رسم شده است. با اضافه شدن سوراخ مرکزی در صفحه مستطیلی به قطر 2 تا 10 میلی متر مقدار بار تخریب تقریبا 60 تا 80 درصد کاهش می یابد، که این نتایج با توجه به مفاهیم تمرکز تنش هم خوانی دارد. نتایج شبیه سازی شده با آزمایش های تجربی مقایسه شده و نشان داده می شود که نتایج شبیه سازی شده توسط منحنی نیرو-جابجایی تجربی تایید می شود. در انتها احتمال خرابی هریک از صفحات با قطرهای مختلف تقریب زده و نیز تحلیل حساسیت بر روی پارامتر ضریب تغییرات انجام شده است. قابلیت اطمینان نمونه مذکور با قطر 10 میلی متر کمترین مقدار را دارد، در حالی که صفحه بدون سوراخ بالاترین میزان را دارد و در بین متغیرهای تصادفی، آسیب بحرانی بیشترین اثر را روی قابلیت اطمینان دارد.

    کلیدواژگان: مکانیک آسیب پیوسته، آسیب همسانگرد، روش مرتبه اول قابلیت اطمینان، روش مرتبه دوم قابلیت اطمینان
  • سیده سمانه آسمانی، غلامحسین لیاقت*، حامد احمدی، یاور عنانی، امین خدادای صفحه 14

    هدف این مقاله ارایه مدل تحلیلی برای تحلیل فرآیند نفوذ پرتابه های استوانه ای سر کروی در هدف کامپوزیت کولار/ الاستومر2لایه و مقایسه آن با مواد مرکب کولار/ اپوکسی با بهره گیری از روش انرژی می باشد. بدین منظور، معادلات جذب انرژی برای مواد خطی و غیرخطی به عنوان معیاری برای عملکرد پارچه تقویت شده با ماتریس به طور تحلیلی مورد بررسی قرار می گیرد. در این مدل پیش بینی شده، جذب انرژی لایه اول در جذب انرژی لایه دوم تاثیر محرزی داشته که وابستگی رفتار بالستیک لایه اول نسبت به لایه دوم این کامپوزیت را در طول برخورد نشان می دهد. مولفه های جذب انرژی شامل تشکیل مخروط پشت هدف، انرژی جنبشی کشش در الیاف ثانویه، انرژی جنبشی کشش در الیاف اولیه، انرژی جذب شده ناشی از لایه لایه شدگی، انرژی جذب شده ناشی از ترک ماتریس و انرژی جذب شده ناشی از سوراخ برشی در نظر گرفته شده است و محاسبه انرژی جذب شده توسط هریک از این مکانیزم ها در طول مدت برخورد صورت می گیرد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان دهنده تاثیر مثبت استفاده از الاستومر نسبت به ماتریس ترموست در جذب انرژی پانل کامپوزیتی می باشد. همچنین، به منظور بررسی صحت نتایج حاصل از این تحلیل با نتایج تجربی موجود در سایر پژوهش ها نیز مقایسه گردیده است که بیانگر مطابقت بالای نتایج تحلیلی با نتایج تجربی می باشد.

    کلیدواژگان: تحلیل تئوری، جذب انرژی، لاستیک، پارچه کولار، کامپوزیت الاستومری 2لایه
  • علیرضا ترابی*، ابراهیم پیرهادی صفحه 15

    مدل های خرابی متعددی مبتنی بر پیش بینی میزان ظرفیت باربری چندلایه های کامپوزیتی حاوی ترک و شیار، مورد توجه محققین بسیاری در حوزه مکانیک شکست قرار گرفته است. دلیل اهمیت این امر، استفاده بسیار زیاد قطعات کامپوزیتی شیاردار در صنایع هوایی و فضایی در چند دهه اخیر می باشد. در این پژوهش سعی شده است تا با به کارگیری روشی بدیع و درعین حال ساده، که اخیرا توسط نویسندگان این مقاله پیشنهاد شده است، میزان ظرفیت باربری (ظرفیت باربری آخرین لایه) چندلایه های کامپوزیتی حاوی شیار یو-شکل، با لایه چینی های متفاوت، تحت بارگذاری برش داخل صفحه ای (مود دوخالص) بررسی گردد. معیارهای ترکیبی جدید ارایه شده برای اولین بار در حوزه مکانیک شکست مواد ارتوتروپ ارایه شده است. به همین منظور، با استفاده از مفهوم جدیدی به نام مفهوم ماده ایزوتروپ مجازی و ترکیب آن با دو معیار شناخته شده و پرکاربرد در حوزه مکانیک شکست الاستیک خطی به نامهای معیار حداکثر تنش محیطی و تنش متوسط، نتایج حاصل از آزمایش نمونه های چندلایه کامپوزیتی نیم دیسک خمشی حاوی شیار یو-شکل تحت بارگذاری برش داخل صفحه ای، با پیش بینی های تیوری انجام شده مقایسه می گردند. نتایج بدست آمده حاکی از تطابق بسیار خوب تمامی نتایج آزمایشگاهی با نتایج حاصل از تیوری های شکست جدید ترکیبی پیشنهاد شده می باشند.

    کلیدواژگان: چندلایه های کامپوزیتی، شیار یو-شکل، بار بحرانی، نیم دیسک خمشی، چقرمگی شکست گذرلایه ای
  • علی چلوئی دارابی، علی پورکمالی انارکی*، جواد کدخداپور، زیگفرید اشمودر صفحه 16

    در این مقاله رفتار مکانیکی فولاد دوفازی فریتی-مارتنزیتی با استفاده از روش‎ های عددی و آزمایشگاهی در ابعاد ماکرو و میکرو مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بررسی اثر حالت تنش بر رفتار شکست ماده، چهار نمونه آزمایشگاهی تحت حالت های مختلف تنش تست شده اند. پس از تصویربرداری‎ از ریزساختار ماده با استفاده از میکروسکوپ های نوری، با استفاده از کد پردازش تصویر و کد اجزاء محدود نوشته شده به ترتیب در نرم افزارهای تجاری متلب و آباکوس، سلول واحد سه‎بعدی براساس ساختار واقعی ماده، مدل شده است. سپس توانایی مدل میکرومکانیکی پیشنهادشده، با مقایسه نتایج مدل سازی عددی با رفتار ماکرومکانیکی بدست آمده از آزمون‎های تجربی تحت حالت‎های مختلف تنش، مورد ارزیابی قرار گرفته شد. نتایج نشان می‎دهد که مدل میکرومکانیکی قابلیت پیش‎ بینی منحنی تنش-کرنش تحت حالت‎های مختلف تنش، به غیر از حالت برش، را دارد. درنهایت با استفاده از مدل میکرومکانیک پیشنهادشده، به بررسی اثر پارامترهای حالت تنش بر روی نسبت سهم بندی تنش-کرنش و کرنش محلی پلاستیک در لحظه شکست پرداخته شد که نتایج نشان می دهد که این مقادیر کاملا وابسته به ضرایب حالت تنش می‎ باشند.

    کلیدواژگان: فولاد دوفازی، مدلسازی میکرومکانیکی، حالت تنش، سهم‎بندی تنش-کرنش، محلی سازی کرنش پلاستیک
  • سید محمدرضا هاشمی، حامد ادیبی* صفحه 17

    ساخت افزایشی، شامل روش های نوظهوری می باشد که با کاهش در زمان و هزینه تولید و همچنین توانایی تولید قطعات با هندسه پیچیده، امروزه کاربرد وسیعی در صنایع گوناگون پیدا کرده است. فرآیند لایه نشانی ذوبی یکی از محبوب ترین روش های ساخت افزایشی می باشد، که تاکنون تحقیقات فراوانی با هدف مدلسازی و بهبود رفتار مکانیکی قطعات تولیدشده توسط این روش، انجام شده است. هدف از این پژوهش، انجام مطالعه تجربی به منظور مدلسازی و بررسی تاثیر متغیرهای فرآیند لایه نشانی ذوبی بر رفتار خستگی قطعات پلی لاکتیک اسید، به همراه توسعه ابزار عددی برای پیش بینی این رفتار می باشد. در این مقاله جهت انجام مطالعه تجربی از الگوریتم تاگوچی به منظور طراحی آزمایش ها استفاده شده است. با انجام آزمایش خستگی بر روی نمونه ها و تحلیل نتایج بدست آمده از آن، مقدار بهینه متغیرهای مورد بررسی فرآیند و همچنین میزان تاثیر آنها تعیین گردید که متغیرهای چگالی سطح، دمای نازل و ضخامت لایه به ترتیب بیشترین میزان تاثیر را بر روی عمر خستگی دارند. شبیه سازی المان محدود با درنظرگیری مفروضات معین صورت پذیرفته و نتایج آن با مقادیر آزمون خستگی نمونه بهینه سازی شده ارزیابی شده است. نتایج مدلسازی تجربی و شبیه سازی المان محدود نشان می دهد، مدل های ارایه شده به ترتیب با ضریب رگرسیون 3/%96و 7/98% رفتار خستگی قطعات پلی لاکتیک اسید را پیش بینی می کنند.

    کلیدواژگان: الگوریتم تاگوچی، مقاومت خستگی، روش تنش-عمر، تحلیل المان محدود، لایه نشانی ذوبی
  • حسین طالبی قادیکلایی، محمد مهدی برزگری* صفحه 18

    در این پژوهش، تغییر شکل مومسان صفحات دوقطبی فلزی با الگوی شیار مارپیچ در فرایند مهرزنی مورد بررسی قرار گرفت. مسیر کرنش و توزیع ضخامت در صفحات دوقطبی فلزی از جنس فولاد زنگ نرن 304 با ضخامت 1/0 میلی متر تعیین شدند. بدین منظور، شبیه سازی فرایند توسط نرم افزار اجزای محدود انجام شد. صحت نتایج به کمک مقایسه منحنی توزیع ضخامت و نیرو-جابجایی تجربی و شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفت که به ترتیب بیانگر 76/4 و 85/3 درصد خطا می باشند. با توجه نتایج بدست آمده، جریان ورق تاثیر متفاوتی بر توزیع ضخامت در کانال های داخلی و بیرونی خواهد داشت و درصد نازک شدگی کانال های میانی در راستاهای طولی، قطری و عرضی، بیشتر از کانال های کناری می باشد. بیشترین درصد نازک شدگی (ناحیه بحرانی) در کانال های میانی واقع بر راستای طولی (33 درصد در دیواره کانال) ایجاد می شود در حالی که راستای قطری، راستای بحرانی برای کانال های کناری می باشد. به دلیل ایجاد مسیر کرنش کشش دومحوره در راستای قطری، برخلاف سایر راستاها کاهش ضخامت قابل توجهی هم در دیواره کانال و هم در کف کانال صفحات دوقطبی فلزی مشاهده می شود.

    کلیدواژگان: پیل سوختی، صفحات دوقطبی فلزی، شکل دهی فلزات، توزیع ضخامت، مسیر کرنش
  • ابوذر بریمانی ورندی، عبدالحسین جلالی اقچای* صفحه 19

    جوشکاری نقطه‎ ای اغتشاشی اصطکاکی توانایی بالایی در اتصال‎ دهی آلومینیوم ‎های کم ‎شکل‎ پذیر به فولادهای مستحکم نشان داده‎ است. در این فرآیند تحقیقات گسترده‎ای جهت دستیابی به استحکام بالا و همچنین افزایش عمر ابزار در دهه اخیر انجام شد. اثر الکتروپلاستیک در انواع فرآیندها با ماهیت دوستدار محیط زیست و راندمان بالا، سبب کاهش تنش سیلان و سایش ابزار، بهبود رفتار پلاستیسیته و جریان مواد شده ‎است. از طرفی افزودن نانوذرات بر ناحیه اتصال، علی‎رغم بهبود استحکام، سبب افزایش سایش ابزار شد. در این مقاله استحکام اتصال و توان خروجی اسپیندل در جوشکاری نقطه‎ ای اغتشاشی اصطکاکی الکتروپلاستیک برای اتصال‎ دهی آلومینیوم 6T-6061 با ضخامت mm 1 به فولاد دوفازی 590 ورق mm 5/1 بررسی شد. برای تحلیل آماری از طرح K2 با لحاظ چهار پارامتر سرعت دورانی (1000 و  rpm2000)، زمان ماند (2 و s 4)، جریان الکتریکی (250 و A 500) و افزودن نانوذرات تقویتی کاربید سیلیسیم استفاده گردید. مطالعه کمی چگالی جریان توسط کد اجزای محدود با کوپل حرارتی-الکتریکی انجام شد. نتایج نشان داد که اثر الکتروپلاستیک با تسریع در وقوع بازیابی و تبلورمجدد، تاثیری همسو با نانوذرات بر بهبود استحکام داشته و اثر منفی نانوذرات بر عمر ابزار را خنثی کرده و اتصال‎ هایی با نیروی شکست بیش از kN 7 ایجاد کرد.

    کلیدواژگان: اتصال‎دهی، اثر الکتروپلاستیک، اتصال آلومینیوم-فولاد، نیروی شکست، حالت شکست
  • امیر غیاثوند، مهدی کاظمی*، مازیار مهدی پور جلیلیان صفحه 20

    جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یک تکنیک اتصال حالت جامد می باشد که بر اساس دو عامل فشار بزرگ تر از تسلیم و تغییر شکل های بزرگ پلاستیک اتصال نهایی بین قطعات در هندسه های جوش متفاوت صورت می پذیرد. اندازه دانه هادر مناطق جوش مبتنی بر سه رویداد ریکاوری، تبلور مجدد و رشد دانه ها می باشد که بر اساس میزان پیشرفت هر کدام از این مراحل، اندازه ذرات نهایی حاصل می گردد. در پژوهش حاضر با استفاده از روشی تحلیلی-عددی بر پایه شبیه سازی عددی فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیم 6061 اندازه ذرات نهایی در نواحی مختلف جوش پیش بینی شده است. شبیه سازی اجزاء محدود فرایند به واسطه نرم افزار آباکوس و با رویکرد کوپل اویلر لاگرانژی صورت پذیرفت. به منظور صحه سنجی، نتایج حاصل از مدل نوین با نتایج تجربی مورد مقایسه قرار گرفت، نتایج در مطابقت مناسبی با نتایج تجربی قرار داشت. با توجه به تمرکز حرارت و جریان پلاستیک در منطقه مرکزی جوش، منطقه اغتشاش بیشترین تغییرات ریزساختاری را داشت و میزان اندازه دانه ها در این ناحیه دچار کاهش شدیدتری نسبت به سایر مناطق مختلف جوش گردید. بررسی تفاوت اندازه دانه ها در دو ناحیه پیش رو و پس رو نیز مورد مطالعه قرار گرفت و تفاوت مشهودی در اندازه ذرات در این دو ناحیه مشاهده شد.

    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، اندازه دانه، اجزاء محدود، مناطق جوش، آلیاژ آلومینیوم
|
  • M.Javad Yarmohammadi, Mostafa Taghizadeh *, Arash Sadeghzadeh Page 1

    One of the main challenges in wind turbine application is short-term storage of output power. Hydrostatic transmission  systems, in addition to their advantages such as increasing the reliability of the system and ability to use high-efficiency synchronous generators, give the system the chance to install the short-term storage to elevate quality and amount of the output power. The short-term storage in wind turbines is important because that significant amount of power in a wind profile lies in turbulence, which can be exploited by using suitable short-term storage such as an accumulator. In this paper, the effects of employing accumulator on the hydrostatic power transmission system are investigated. First, the nonlinear dynamic model of the wind turbine system is obtained. Then the nonlinear dynamic equations are linearized around steady-state trajectory of the system. Control system is designed based on proportional-integral-derivative control method with switching capability overall operation regions. During various simulation scenarios with hydrostatic transmission without the accumulator and with different accumulator size, it is proved that employing accumulator in the wind turbine improves the quality and quantity of the output power. The results reveal that with right choice of the accumulator, output power of the wind turbine increases significantly.

    Keywords: Wind turbine, Short-term storage, Hydrostatic transmission, Accumulator, Switching
  • Mohammad Lashgari, Abolghasem Naghash * Page 2

    The main purpose of this paper is to model and simulate flight dynamics for a flapping wing micro aerial vehicle dragonfly-like with two pair clap and fling mechanism and active rigid tail. This article simulates the flight dynamics of a micro aerial vehicle dragonfly-like that can also use tail movements for longitudinal stability. Initially, using Kane's method, the equations of motion of the longitudinal mode are obtained. Then aerodynamics forces of Delfly II micro aerial vehicle and gearbox simulation are added to the equations of motion. Also, a novel design for a flapping wing micro aerial vehicle dragonfly-like is presented, in which tail movement is similar to the movement of insect tails in longitudinal mode. In this work, the tail movement is not used as an elevator, but the rigid tail movement is used as a control torque. The difference in brush motor rpm leads to differential thrust and pitch moment generation, similar to a quadrotor. Finally, the dynamic equations and aerodynamics and gearbox are all linearized and presented as state-space equations. Also, the response of the open-loop linearized model is compared with the nonlinear response by creating suitable initial conditions for the brush motor rpm.

    Keywords: Micro aerial vehicle Dragonfly-like, Clap, fling mechanism, Flapping wing, Hover, Kane’s method
  • Farima Hajiahmadi, Payam Zarafshan *, Mohammad Dehghani, Seyed AliAkbar Moosavian, Reza Hassanbeigi Page 3

    In this paper, modeling and control of a robotic carrier for the cleaning system of solar farms are presented. Since solar panels are placed in natural environments, there is always a problem of dust accumulation on the panels, which results in absorbed energy reduction. Hence, robotic cleaners can be used for solar panels. For relocation of the cleaning robot between solar panel rows, an automated carrier mechanism is required. Hence, a robotic system for cleaner displacement is introduced, and its dynamics modeling and control are presented. The robot kinetics and kinematics models have been derived and validated by ADAMS software. Hence, kinetics and kinematics model-based controllers are introduced for robot motion control. Using the kinetics model, a computed torque method controller is designed and simulated. For less computational effort, a transposed Jacobian controller is designed, using the kinematics model. Finally, to increase control performance, an modified transposed Jacobian controller is also designed. The desired trajectory is designed for the robot. Finally, for software verification and analysis, the controllers are simulated, using co-simulation of MATLAB Simulink and ADAMS model. The simulation results show the satisfactory performance of the controllers and can be used for further design analysis of the prototype.

    Keywords: Cleaner robot photovoltaic panels, Agro-photovoltaic, Dynamics modeling, Model base control, Simulation
  • Ali Haidar Felegari, Javad Ahmadi * Page 4

    Cable parallel robots usually require at least one additional actuator force in addition to degrees of freedom to keep the cables in all directions in the workspace, which solves an optimization problem to determine the cable tensile force. In this paper, a convex optimization problem is formulated on a parallel cable robot using optimization conditions through the Karush-Kuhn-Tucker theory and the analytical-iteration method to achieve a minimum force vector of actuators that has less computational time and volume. Where the lower and upper limits of the optimization variables are applied, respectively, to ensure that the cables remain in tension and take into account the saturation limit of the actuators or the rupture limit of the cables (whichever is less), and equal constraints that the relationship between actuator force and force are expressed in the moving platform, defined by the force of the actuators as the sum of the basic solution and the homogeneous solution, -located in the null space of the transpose of Jacobin matrix. Comparison of the results of analytical-iterative solution presented in this paper with numerical algorithms of MATLAB software optimization shows that this method is much faster than these algorithms to converge to the optimal response.

    Keywords: Parallel cable robot, Redundant Parallel Robot, Redundancy Resolution, Analytical Solution, Karush-Kuhn-Tucker Theory
  • Maryam Mobini Bidgoli, Mehdi Sabzeh Parvar * Page 5

    This paper proposes a novel method for depth perception based on the performance of the human eye in the landing phase navigation of a fixed-wing aircraft. The proposed system is designed for situations where visibility is limited, there is no necessary infrastructure at the airport or navigation instruments that have problems and provide incorrect information. The inertial measurement unit and digital elevation model data are integrated to estimate the position of the aircraft and simulate the landing area at more than 200 feet. Reducing the height to 200 feet, the forward-looking infrared camera data is added to the system input. So, the environment map is updated in real-time in landing. At this stage, to depth perception, accommodation cue of the human eye is added to the simulation. In this study, the post-rendering Gaussian method to implement depth of field is used. Simulation results evaluated by using the standard of quality measurement of the visual system of flight simulation training devices and the results confirm the accuracy of the proposed method in terms of resolution, the field of view, frame per second and latency.

    Keywords: Model of the pilot, Depth perception, Depth of field, Landing
  • Hasan Asadigorgi, Ardeshir Karami Mohammadi * Page 6

    In this paper, the effect of nonlinear energy sink on the dynamic behavior of a rectangular simply supported elastic plate at different azimuth angles is investigated. The plate under study is a thin rectangular plate to which a non-linear energy sink is connected and the supersonic flow of air passes over it. The research aims to improve the behavior of the plate by changing the spatial parameters of the nonlinear energy sink. Classical plate theory is used to obtain plate equations, and von Karman strain-displacement relations are used to consider the nonlinear geometric effect. Modeling of supersonic aerodynamic flow will be based on first-order piston theory. The Kelvin-Voigt model is also used for non-linear energy sinks. The equations were extracted from Lagrange's method and then discretized by Rayleigh-Ritz method and solved by fourth-order Runge-Kutta method. In order to investigate the effects of nonlinear energy sink, the time history curves, phase portraits, Poincaré maps and bifurcation diagrams are used. The results show that using nonlinear energy sinks, the behavior of the plates, which in some cases is very complex, can be changed to a simpler behavior. In some cases, using a non-linear energy sink near the center of the plate is not appropriate.

    Keywords: Supersonic flow, Azimuth angle, Nonlinear Energy Sink, Dynamic behavior, bifurcation diagram
  • Seyed maziar Marashi, MohammadHadi Pashaei *, MohammadMahdi Khatibi, Mohammad Abdollahi Page 7

    The use of structural vibration is one of the bridge health monitoring approaches which is often costly, time-consuming. The response of a passing vehicle includes the bridge response so that it is used for extracting the bridge modal parameters. In this paper, the transmissibility measurement of a passing vehicle is employed in order to identify the bridge mode shape indirectly. As the sensor is embedded on the axle of the vehicle, recording the signal is fulfilled during the vehicle passage and there is no need to stop the vehicle. On the other hand, there is white noise assumption in most other techniques, but excitation characteristics are not considered in the proposed method which is another advantage. In the numerical simulation, the bridge is assumed to be Euler Bernoulli and the vehicle is modeled as a 4DOF system. Solving the vehicle-bridge interaction equations, the acceleration of all degrees of freedom are obtained. Afterwards, the mode shape is identified by applying the short time transmissibility measurement on the acceleration. Since the performance of the indirect methods in real cases is associated with many obstacles and challenges, a setup for experimental verification of the proposed method has been designed and constructed in a laboratory. Numerical simulations and experimental results indicate the capability of the proposed method for indirect identification of bridge mode shape.

    Keywords: Bridge mode shape, health monitoring, Indirect identification, Transmissibility, Experimental Verification
  • Abbas Soltani *, Shahram Azadi Page 8

    This paper presents a combined use of active chassis systems to enhance vehicle roll and yaw stability using semi-active suspension and active braking systems. The designed active braking system based on sliding mode control reduces the probability of vehicle rollover by decreasing the longitudinal velocity and lateral acceleration. Also, a semi-active suspension is proposed through fuzzy control method to improve the vehicle roll stability, which attenuates the effect of lateral acceleration on roll angle and roll rate. The lateral load transfer ratio is selected as the rollover index based on roll angle and lateral and roll accelerations. A vehicle dynamics model is built in the ADAMS environment, which includes subsystems of steering, braking and front and rear suspension, tire model and body. Also, the nonlinear characteristics of tires, bushings, springs and dampers are considered in the model. So, it can accurately express the dynamics performance of the vehicle. The control algorithm is evaluated under step steer and lane change maneuvers utilizing MATLAB and ADAMS co-simulation. Simulation results show that the proposed system with combined controllers can effectively improve the vehicle yaw stability and the rollover prevention compared with the only active braking and semi-active suspension systems.

    Keywords: Vehicle chassis control, Roll stability, Yaw stability, Co-simulation of software, ADAMS, MATLAB
  • Saeed Khankalantary, Azem Heidari, Mohsen Hajizadeh, Hasan Mohammadkhani * Page 9

    The inertial navigation system is a dead reckoning system, thus initial alignment for an inertial navigation system plays an important role in the accuracy of it. In this paper, a novel approach for initial alignment in an inertial navigation system with increased speed and accuracy is proposed. This method has two stages, which integrates the Kalman filter and a high order sliding mode observer. In the inertial navigation system, leveling misalignment angles reach the steady-state faster than the azimuth misalignment angle does, which means the azimuth alignment takes a considerable time for initial alignment. Therefore, in this paper at the first stage estimations of state variables of the system are obtained using the Kalman filter and whenever all variables (except azimuth alignment) reach steady-state, the second stage begins. In the second stage, the estimation which is obtained by the Kalman filter is used as the input to design an equivalent system with unknown inputs for inertial navigation system. A high-order sliding mode observer is then used to estimate the states of a system with an unknown input for estimating the azimuth alignment angle. This method not only increases the speed of estimation but also has comparable accuracy.

    Keywords: Inertial Navigation, Initial alignment, Azimuth misalignment, Kalman Filter, High order sliding mode observer
  • Masoumeh Soltani *, Ali Ahanian Page 10

    The thin-walled beams are widely adopted in different structural components ranging from civil engineering to aeronautical applications due to their conspicuous characteristics. A slender thin-walled beam loaded initially in compression may buckle suddenly in flexural–torsional mode since its torsional strength is much smaller than bending resistance. In this paper, flexural-torsional stability and free vibration analyses of axially functionally graded tapered I-beam resting on Winkler elastic foundation are assessed. Considering the coupling between the flexural displacements and the twist angle, the motion equations are derived via Hamilton’s principle in association with Vlasov’s thin-walled beam theory. The differential quadrature method is applied to solve the system of differential equations and to acquire the critical buckling loads and natural frequencies. To validate the obtained results, at first, homogeneous tapered I-beam in the absence of elastic foundation was analyzed and compared with a finite element solution using ANSYS and other available benchmarks. Afterward, the numerical outcomes for axially graded non-prismatic I-beam resting on elastic foundation are reported in graphical form to find out the impacts of axial load position, beam’s length, end conditions, web and flanges tapering ratio, material gradient index, Winkler parameter and spring position on the non-dimensional buckling loads and vibration frequencies.

    Keywords: Flexural-torsional buckling, Vibration frequency, Functionally graded materials, Winkler foundation, Differential quadrature method
  • Naser Sina, MohammadReza Hayeri Yazdi *, Vahid Esfahanian Page 11

    Owing to current status of global energy consumption and greenhouse gases emission, investigation of energy demand in different sectors seems to be necessary. Meanwhile, International Energy Agency  reports imply that a considerable share of global energy use is consumed in transport sector. Thus, conducting the vehicle energy demand and influential parameters has become a demanding topic, especially in recent years. The current study investigates the vehicle energy demand considering the power losses due to tire slip. To achieve this, vehicle resistant powers are rewritten by taking the modified tire power loss into account and after that, two different passenger vehicles are chosen and simulations are performed in three well-known driving cycles. Energy demand of the selected vehicles significantly increases in a more aggressive driving cycle which comprises higher levels of longitudinal acceleration and speed. According to the results, considering the power loss due to tire slip would improve the calculation accuracy of tire losses up to 6 percent and in case of a more aggressive driving cycle and/or increased resistant forces, energy loss due to tire slip would be increased.

    Keywords: Energy demand, Vehicle, Tire dissipation, Tire slip, Rolling resistance
  • Ali Shiravand, Masood Asgari * Page 12

    In this study, energy absorption behavior of cellular structures such as foams will be investigated. In this paper, developing microstructural modeling of cellular structures and analyzing their plastic behavior through the finite element method is the main goal. In this research, a unit cell is first developed for numerical computation reduction as well as modeling that has the desired foam statistical properties, and then the dynamic behavior of this unit cell under simulated impact will be analyzed. An analytical method to obtain the compressive strain value of the foams with the help of numerical solution results will be presented. In other words, using the analytical method, the finite element method and the simulation will be evaluated. Then, using simulated experiments, a model using the response surface methodology  to obtain the compressive strain will be presented and the results of this model will be evaluated by numerical method. The results of this study showed that it is possible to model and analyze the energy absorption of the foams using the method presented in this study and as a result, suitable structural equation for microstructural analysis of foams can be obtained in future researches.

    Keywords: Energy Absorption, Closed-cell foams, Response Surface Method, Compression strain, Laguerre method
  • Peyman Gholami *, MohammadAli Farsi Page 13

    In this paper, the reliability of rectangular plates without holes and containing a central circular hole under static tensile load has been studied. To investigate the initiation and evolution of damages, continuum damage mechanics approach together with finite element has been used. Constitutive equations with scalar damage have been obtained for the plate and implemented in finite element code, ABAQUS.  To analyze the probability of failure the first/second order reliability methods have been used and then, limit state function and random variables according to the continuum damage mechanics model obtained. The force-displacement curves for various sizes of the hole are obtained. With the addition of a central hole in a plate with a diameter of 2 to 10 mm, failure load is reduced by approximately 60 to 80%, which is consistent with the concepts of stress concentration. Finally, the probability of failure of each plate with different hole sizes is approximated and sensitivity analysis on the coefficient of variation is performed. The reliability of the specimen with a diameter of 10 mm has the lowest value, while the plate without a hole has the highest value and among the random variables, the critical damage is the most effective one in reliability.

    Keywords: Continuum Damage Mechanics, Scalar damage, First order reliability method, Second-order reliability method
  • Seyedeh Samaneh Asemani, Gholamhossain Liaghat *, Hamed Ahmadi, Yavar Anani, Amin Khodadadi Page 14

    The purpose of this paper is to present an analytical model for analyzing the penetration process by aspherical noseshape cylindrical on the kevlar/elastomer and the kevlar/epoxy composites and comparing them with each other using the energy method. To investigate this issue, energy absorptionequations forlinear andnonlinear materials are analyzed as a criterion for the performance of matrix-reinforced fabric. In this predicted model, the dependence of the ballistic behavior of the first and second layers of the composites on each other during the impact is considered. In this presented model, the components of energy absorption include the initial kinetic energy of the projectile, the kinetic energy of the projectile, the kinetic energy of the composite cone ahead of the tip of the projectile, the energies absorbed by primary and secondary yarns, the energies absorbed by the delamination among the layers and the cracking of the matrix, the energy dissipated by plugging of the layers is calculated during impact. The results of this study show a positive effect of elastomer use on thermoset matrix in composite. Also, analytical results are validated with the experimental results of previous studies and the perturbation analysis is done to examine the reason for error.

    Keywords: Theoretical analysis, absorbed energy, rubber, kevlar fabric, Elastomeric composite
  • AliReza Torabi *, Ebrahim Pirhadi Page 15

    Numerous failure models for prediction of the load-carrying capacity of cracked and notched laminated composites have been of interest to researchers in the field of fracture mechanics. The cause of the importance of this subject was the extensive use of notched composite laminates in aerospace industries in the last decades. In this investigation, it was tried to predict the load-carrying capacity (critical failure load) of U-notched laminated composite specimens with various layup configurations under pure mode II loading (in-plane shear loading) conditions, by utilizing a simple and novel concept proposed recently by the authors. The new composed criteria have been proposed in the field of orthotropic fracture mechanics for the first time. For this aim, by using a newly proposed concept, namely the virtual isotropic material concept, and combining it with two well-known brittle fracture criteria in the field of linear elastic fracture mechanics, namely the maximum tangential stress and the mean stress criteria, the experimental results of the failure of the U-notched laminated semi-circular bend composite specimens under pure mode II loading condition, were theoretically predicted by using new last-ply-failure load curves. It was revealed that the experimental results are in good agreement with the theoretical predictions.

    Keywords: Laminated composites, U-notch, Critical load, Semi-circular bend, Translaminar fracture toughness
  • Ali Cheloee Darabi, Ali Pourkamali Anaraki *, Javad Kadkhodapour, Siegfried Schmauder Page 16

    In this paper, the mechanical behavior of dual phase steel has been investigated in the macro and micro scales as experimentally and numerically. In order to study the influence of stress states on the mechanical behavior and fracture strain of DP600, four different specimens were tested under different stress states. Afterward, the obtained microstructure images by light microscope, were utilized to generate a 3D representative volume element based on the real microstructure. The microstructure images were converted to a 3D RVE model by image processing and finite element codes in Matlab and Abaqus commercial software, respectively. Then, the ability of the micro mechanical model to predict the macro mechanical behavior was evaluated under different stress states. The results demonstrate the micro mechanical model is able to predict the macro mechanical flow curve under different stress states except for shear. Finally, the influence of stress states on the stress to strain partitioning rate and the local plastic strain at fracture point were assessed. The results show stress-strain partitioning and local plastic strain are strongly dependent on stress state.

    Keywords: Dual phase steel, Micromechanical modeling, Stress state, Stress-strain partitioning, Plastic strain localization
  • Seyed MohammadReza Hashemi, Hamed Adibi * Page 17

    Additive manufacturing includes emerging methods that with reduced production time and ability to produce parts with complex geometry, are now widely used in variety of industries. Fused deposition modeling process is one of the most popular methods of additive manufacturing and so far, a lot of research has been done to model and improve the mechanical behavior of the parts produced by this method. The purpose of this research is to conduct an experimental study to model and investigate the effect of fused deposition modelling process variable on fatigue behavior of poly-lactic acid components, along with the development of numerical tools to predict this behavior. This paper uses the Taguchi algorithm to design experiments for experimental study. By performing fatigue testing on the sample and analyzing the result, the optimal value of the desired variable, as well as their effects are determined that the variable of fill density, nozzle temperature and layer thickness have the highest impact on fatigue life, respectively. The finite element simulation is performed by assuming assumption and its results are evaluated with the values of the optimized sample fatigue test. The result of experimental modeling and finite element simulation show that the models presented predict the poly-lactic acid components parts fraction with R-Sq 96.3% and 98.7% fatigue behavior, respectively.

    Keywords: Taguchi algorithm, fatigue strength, Stress-life method, Finite element analysis, Fused deposition modeling
  • Hossein Talebi Ghadikolaee, MohammadMahdi Barzegari * Page 18

    In this study, plastic deformation of the metallic bipolar plate with serpentine flow field was investigated during stamping process. Strain path and thickness distribution in 304 stainless steel bipolar plate with the thickness of 0.1 mm were determined. To this aim, the process was simulated by the commercial finite element code. The validity of the result was evaluated by comparing the experimental and numerical thickness distribution and force-displacement curve which represent 4.76 and 3.85% prediction error, respectively. According to the results, flow of the material has significant effect on the thickness distribution of the central and lateral channels, and the thickness reduction percentage of the central channel in longitudinal, diagonal and transverse direction is much more than that of lateral one. Maximum thickness reduction (critical area) in central channels is placed in longitudinal direction (33% at channel side) while the diagonal direction is considered as critical direction for lateral channels. Due to the existence of the equibiaxial tension strain path in diagonal direction, significant thickness reduction is observed in both the side and the rib zone of the channels.

    Keywords: Fuel Cell, Metallic bipolar plate, metal forming, Thickness distribution, strain path
  • Abozar Barimani Varandi, Abdolhossein Jalali Aghchai * Page 19

    The friction stir spot welding has shown great potential for joining low-ductility aluminum to high-strength steels. In the last decade, wide researches were done to achieve high strength and tool life enhancement in friction stir spot welding. The electroplastic effect, with its environmentally friendly nature and high efficiency, has resulted in a reduction of flow stress and tool wear, improvement of plasticity and material flow for various processes. On the other hand, adding nanoparticles to the friction stir spot welded area joint increased the tool wear despite the improved strength. In this paper, the joint strength and spindle output power are investigated in electroplastic friction stir spot welding process for joining of AA6061-T6 with 1 mm thickness to DP590 steel sheet of 1.5 mm. A 2K design was used for statistical analysis considering four parameters of rotational velocity (1000, 2000 rpm), dwell time (2, 4s), electrical current (250, 500A), and adding SiC reinforcing nanoparticles. A quantitative study of the current density was performed by the finite element code with thermal-electric coupling. Results showed that electroplastic effect had a compatible impact with nanoparticles on strength improvement by accelerating the occurrence of dynamic recovery and recrystallization, and neutralized the negative effect of nanoparticles on tool life since created joints with failure loads above 7 kN.

    Keywords: Joining, Electroplastic friction stir spot welding, Al, St joint, failure load, Failure mode
  • Amir Ghiasvand, Mahdi Kazemi *, Maziar Mahdipour Jalilian Page 20

    Friction stir welding is a solid-state bonding technique based on two factors, a pressure greater than the material yield stress and large plastic deformation. The final joint between parts takes place in different welding geometries by using these two factors. The grain sizes in the weld areas are influenced by recovery, recrystallization, and grain growth. In the current research, using an analytical-numerical method based on finite element simulation of friction stir welding of AA6061-T6 alloy, the grain sizes in various welded areas have been predicted. The finite element simulation has been performed based on the coupled Eulerian-Lagrangian approach using ABAQUS software and the results have been verified by experiments. The predicted results were in good agreement with the experimental results. Due to the concentration of heat and plastic flow in the central region of the weld, the stirring region had the most microstructural changes and the grain size in this region decreased more sharply than other different areas of the weld. As the rotational welding speed increases, recrystallization phenomena in the central weld area increases. With increasing the translational welding speed, grain size increased in different welding areas. This increase occurred more severely in the central area of the welded joint.

    Keywords: Friction Stir Welding, Grain size, finite element, Weld Zones, ALUMINUM ALLOY