فهرست مطالب

مهندسی مکانیک ایران - سال بیست و سوم شماره 2 (پیاپی 63، تابستان 1400)

نشریه مهندسی مکانیک ایران
سال بیست و سوم شماره 2 (پیاپی 63، تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/10/09
  • تعداد عناوین: 10
|
  • محمدمهدی مهدوی، حشمت الله حقیقت* صفحات 6-23

    در این مقاله یک میدان سرعت جدید و حل کرانه بالایی برای فرآیند کشش میله با پروفیل قالب منحنی دلخواه ارایه شده اند. در تحلیل، مرزهای برشی ورودی و خروجی ناحیه تغییر شکل به صورت تابع های نمایی انعطاف پذیردر نظر گرفته شده اند. با توجه به قانون پیوستگی جریان ماده و معادله منحنی قالب، منحنی جریان هر ذره مادی، در ناحیه تغییر شکل به دست آمده و نقطه همگرایی منحنی جریان به عنوان مبدا دستگاه مختصات کروی برای توصیف معادله منحنی جریان و مولفه های سرعت نقاط مادی واقع بر آن انتخاب شده است. توان کل لازم برای انجام فرآیند محاسبه و نسبت به شکل هندسی مرزهای برشی، حداقل سازی شده و پروفیل قالب بهینه طراحی شده است. نیروی کشش با نتایج حل تحلیلی کلاسیک ارایه شده توسط سایر محققان که در آن مرزهای برشی ناحیه تغییر شکل به صورت کروی فرض شده اند، و همچنین با نتایج شبیه سازی با نرم افزار دیفرم مقایسه شده اند. نشان داده شده که مقدار نیروی کشش محاسبه شده از حل تحلیلی کلاسیک کمتر بوده و با نتایج شبیه سازی اجزا محدود انطباق بیشتری دارد.

    کلیدواژگان: کشش میله، قالب منحنی، میدان سرعت، روش کرانه بالایی
  • علی حسین زاده*، سید حجت هاشمی صفحات 24-48
    آزمایش ضربه شارپی روی نمونه‎ های فولادی از جنس API X65 با اندازه کامل در مقیاس صنعتی با عمق شیارهای متفاوت انجام و انرژی شکست اندازه ‏گیری شد. بدین منظور 24 نمونه در گروه‏ های سه ‏تایی با 8 عمق شیار متفاوت، ساخته شده و سپس توسط آزمایش ضربه شارپی، انرژی شکست به دست آمد. هم‎چنین شبیه‏ سازی کامپیوتری آزمایش ضربه با مدل سه‎ بعدی بر اساس قانون آسیب اصلاح شده گرسون در نرم‎ افزار آباکوس انجام شد. نتایج تجربی نشان می‎دهد که رابطه بین انرژی شکست (E برحسب ژول) و عمق شیار نمونه‏ ها (a برحسب میلی‏متر) برای فولاد آزمایش شده از نوع نمایی به صورت E = 503.44e-0.352a‏باشد.
    کلیدواژگان: فولاد API X65، نمونه با عمق شیار متفاوت، آزمایش ضربه شارپی، مدل شکست گرسون
  • مجتبی طهماسبی، حمیدرضا حیدری* صفحات 49-65
    یکی از متداول ترین عیوب در تجهیزات دوار ترک است. ایجاد و رشد ترک می تواند منجر به خسارات جبران ناپذیر و همچنین بروز ارتعاشات ناخواسته در تجهیزات دوار گردد. از طرفی افزایش میرایی سیستم، یکی از کاربردی ترین راه حل ها جهت کنترل ارتعاشات در تجهیزات دوار است. یکی از روش های مورد توجه برای افزایش میرایی، استفاده از دمپر های فیلم فشرده است. با وجود کارایی زیاد این المان ها در کنترل دامنه و میرا نمودن ارتعاشات سیستم، رفتار غیرخطی آن ها، محدودیت های بسیاری را در بکارگیری این تجهیزات بوجود آورده است. در این مقاله، تحلیل دوشاخگی روتور انعطاف پذیرهمراه دمپر فیلم فشرده رینگ شناور با فنر جانب مرکز، با در نظر گرفتن وقوع کاویتاسیون در فیلم روغن دمپر و ترک عرضی در محور بررسی شده است.
    کلیدواژگان: ترک، دمپر فیلم فشرده، رینگ شناور، دوشاخگی، ارتعاشات غیرخطی
  • حسین میرزایی نژاد*، علی محمد شافعی صفحات 66-95
    در این مقاله به مدل سازی دینامیکی و کنترل رد یابی مسیر یک ربات دو لینکی با مفاصل دورانی سوار بر پایه سیار، پرداخته شده است. برای تحقق این هدف، معادلات حرکت برای سیستم ذکر شده در فرم بسته، با استفاده از فرمولاسیون گیبس- اپل استخراج می شوند. سپس بر اساس رویکرد کنترل غیرخطی پیش بین، قوانین کنترل سینماتیکی و دینامیکی استخراج می شوند. قوانین کنترلی بهینه بر اساس کمینه کردن اختلاف بین پاسخ های مطلوب و پیش بینی شده خروجی های سیستم به صورت تحلیلی توسعه داده می شوند. در نهایت، نتایج حاصل از شبیه سازی یک ربات بازودار سیار در ردیابی مسیر مرجع همزمان پایه سیار و مجری نهایی در حضور نامعینی های پارامتریک، نشان از توانایی سیستم کنترلی طراحی شده در رسیدن به اهداف مورد نظر را دارد.
    کلیدواژگان: ربات چرخ دار، فرمولاسیون گیبس- اپل، ردیابی، کنترل پیش بین غیرخطی
  • محمد حمیصی، سید ابراهیم موسوی ترشیزی* صفحات 96-113
    ایده اصلی این پژوهش، برپایه ارتباط بین خواص ارتعاشی و مکانیکی ماده و تغییرات ساختاری آن در اثر بهره برداری در دماهای بالا استوار است. در این راستا نمونه هایی از فولاد DIN X12CrNi2521 در 3 دمای کاری مختلف به مدت 3 شبانه روز پیرسازی شدند که منجر به تشکیل رسوبات و افزایش فاز سیگما گردید. با مقایسه نتایج حاصل از آزمون های تجربی، شاهد افزایش فرکانس طبیعی 5 مود اول، ضرایب میرایی، مدول کشسانی و سختی ویکرز با افزایش دمای پیرسازی خواهیم بود. این پژوهش، امکان سنجی تدوین روشی نوین و غیرمخرب جهت تخمین عمر باقیمانده را با استفاده از ضرایب میرایی در شرایط بهره برداری فوق گرمایش قطعات نیروگاهی بررسی می نماید.
    کلیدواژگان: تغییرات ساختاری، پیرسازی، تخمین عمر باقیمانده، ضریب میرایی، فرکانس طبیعی
  • نگار آفاقی سردرود*، اسعد مدرس مطلق، آرش رنحبران صفحات 114-128
    مدل مجیک معروف ترین و پرکاربردترین مدل تایر می باشد که دارای تعدادی پارامتر برای توصیف مدل است در این مقاله از روش نگاشت های خود سازمان یافته (SOM) برای به دست آوردن پارامترهای مدل مجیک استفاده شده است و تاثیر شرایط مختلف جاده ای (مرطوب و خشک) بر روی پارامتر های مدل بررسی شده است. داده برداری توسط وسیله طراحی شده توسط گروه تحقیقاتی دانشگاه مالاگا انجام گرفت تا تست های واقعی در جاده های متداول انجام شود. منحنی به دست آمده از مدل با منحنی واقعی مقایسه شد و مشاهده شد سازگاری خوبی بین دو منحنی وجود دارد و SOM توانسته است با دقت خوبی پارامترها را در دو سطح جاده ای مرطوب و خشک تخمین بزند.
    کلیدواژگان: مدل تایر، پارمترهای مدل مجیک، روش نگاشت های خود سازمان، شرایط جاده ای
  • محمد سالاری*، حسین مهین آباد صفحات 129-156
    در این تحقیق، به بررسی برخی پارامترهای موثر بر بار کمانش پوسته های استوانه ای تقویت شده پرداخته شده است. این پارامترها شامل نوع اتصال تقویتی ها به پوسته، تعداد، ضخامت و شکل سطح مقطع تقویت کننده های طولی و محیطی، ضخامت پوسته، شکل، نسبت نقص و اندازه حفره ایجاد شده در پوسته می باشد. بدین منظور از دو روش تحلیلی و عددی استفاده شده است. در روش تحلیلی، از روش انرژی و در روش عددی از نرم افزار آباکوس استفاده شده است. در این پژوهش افزون بر کارهای گذشته، نحوه اتصال تقویتی ها به پوسته، اثر پارامتر نسبت نقص دو شکل حفره بیضی و مستطیل و نیز اثر برخی پارامترهای مربوط به تقویت کننده های طولی و محیطی مانند اثر شکل سطح مقطع و اثر تعداد آن ها بر بار کمانش به طور مجزا بررسی شده است.
    کلیدواژگان: کمانش، پوسته استوانه ای تقویت شده، روش انرژی، حفره، تقویت کننده های طولی و محیطی
  • رضا صارمیان، احسان فروزمهر، محسن بدرسمای*، محمود کدخدایی صفحات 157-175
    در این مقاله، خواص و رفتار مکانیکی ساختار مشبک کلوین به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. ساختار مورد نظر، از جنس فولاد زنگ نزن 316L می باشد و با استفاده از روش ذوب انتخابی به کمک لیزر (SLM) ساخته شده است. به منظور بررسی رفتار و خواص مکانیکی ساختار مشبک کلوین، آزمون فشار شبه استاتیک انجام شد. مدل سازی اجزای محدود با هدف پیش بینی خواص و رفتار مکانیکی ساختار مشبک کلوین صورت پذیرفت. بر اساس تصاویر تهیه شده، ساختار مشبک کلوین بدون نقص و مطابق با هندسه از پیش تعیین شده ساخته شد. نتایج آزمون فشاری تجربی حاکی از خواص مکانیکی مطلوب، توانایی جذب انرژی بالا و تکرارپذیری عالی نتایج ساختارهای مشبک ساخته شده می باشد. همچنین مدل سازی اجزای محدود از همخوانی مناسب با نتایج تجربی برخوردار بود.
    کلیدواژگان: ساختار مشبک کلوین، ساخت افزودنی، ذوب انتخابی به کمک لیزر، روش اجزای محدود، فولاد 316L
  • مسعود مینائی *، موسی رضایی، وحید عرب ملکی صفحات 176-198

    رفتار ارتعاشات عرضی و پایداری نانولوله‌های ویسکوالاستیک تحت میدان مغناطیسی به صورت تحلیلی بررسی شده است. با در نظر گرفتن تیوری غیرموضعی مدل تیر تیموشنکو و بکارگیری تیوری ویسکوالاستیک جامد استاندارد خطی، معادلات دیفرانسیل حاکم بر حرکت استخراج شده است. نیروی مغناطیسی لورنتس حاصل از میدان مغناطیسی با استفاده از معادلات ماکسول محاسبه و از حل تحلیلی معادله مقدار ویژه برای نانولوله با شرایط مرزی تکیه‌گاه‌های ساده در دو انتها استخراج شده است. در ادامه اثر شدت میدان مغناطیسی، ضریب لاغری و پارامتر غیرموضعی روی فرکانس‌های طبیعی و بار کمانشی سیستم مطالعه شده است. پس از بررسی صحت مدل، نتایج با استفاده از نمودارها و جداول مناسبی ارایه شده و مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: نانولوله کربنی، مدل تیر تیموشنکو، تئوری غیرموضعی رفتار ویسکوالاستیک میدان مغناطیسی
  • حمید قدیری *، حامد خدادادی صفحات 199-219

    روبات بندباز یک روبات سطحی دو لینکی زیر فعال در صفحه عمودی با یک محرک در قسمت آرنج و یک مفصل شانه ای فعال است که رفتار یک انسان آکروبات باز را تقلید می کند. به منظور غلبه بر دو مسئله چالش برانگیز کنترل این نوع روبات یعنی تاب خوردن و تعادل، کنترل کننده فیدبک خروجی دینامیکی در این تحقیق طراحی شده است. روش فیدبک خروجی دینامیکی به منظور کنترل بهینه سیستم غیرخطی روبات آکروبات استفاده شده است. همچنین، رویکرد پیشنهادی با کنترل‌کننده فازی جهت بهینه‌سازی و به‌روز نمودن پارامترهای کنترلی ترکیب می‌گردد. نتایج حاصل از شبیه سازی ها، عملکرد مناسب کنترل کننده پیشنهادی را در حالات وجود و یا عدم وجود نویز و اغتشاشات نشان می‌دهد.

    کلیدواژگان: روبات دو لینکی، کنترل کننده فیدبک خروجی دینامیکی، کنترل کننده فازی، روبات آکروبات
|
  • MohammadMehdi Mahdavi, HeshmatAllah Haghighat * Pages 6-23

    In this paper, a new velocity field and the upper bound solution of rod drawing process througharbitrarily curved dies are presented. In analysis, the inlet and outlet shear boundaries ofdeformation zone have been assumed as flexible exponential curves. By using the continuity ofmaterial flow and the geometry of the die, mathematical equation of flow curve for each particlein deformation zone, is defined. By minimizing the required total power with respect to theshapes of the inlet and outlet shear boundaries, the drawing force has been determined.The rod drawing process is also simulated by using the finite element code, DEFORM. Theanalytical results have been compared with finite element data and the theoretical resultsobtained from a classic solution to illustrate the validity of the proposed upper bound solution.These comparisons show a good agreement. It was found that the proposed approach can resultin lower upper bound predictions while comparing with the results of previous work.

    Keywords: Rod drawing, curved die, Velocity field, Upper bound method
  • Ali Hossein Zadeh *, Seyyed Hojjat Hashemi Pages 24-48
    In the present study Charpy impact tests on a steel plate of API X65 (made from a pipe with adiameter of 1219 and a thickness of 14.3 mm) with full size (10 × 10 × 55 mm) with differentnotch depth (in the range of 1.25 to 3 mm) were conducted and the fracture energy wasmeasured. For this purpose, 24 specimens were made in triple series with 8 different notchdepths, and then the failure energy was obtained by Charpy impact tests. Also, computersimulation of the experiment with a three-dimensional model was performed based onGurson's modified damage law in Abaqus software. The experimental results showed that therelationship between the fracture energy (E) and the depth of the Charpy samples (a) for thetested steel is E = 499.65e-0.3501a. Using this relationship, the Charpy energy can bedetermined for this steel for any notch depth.
    Keywords: API X65 Steel, Sample with different depth notch, Charpy Impact Test, Gurson's Failure Model
  • Mojtaba Tahmasebi, Hamidreza Heidari * Pages 49-65
    One of the most common defects in rotary equipments is cracks. Creation and growth ofcracks can cause irreparable damages as well as occurrence of unwanted vibration in rotatingequipments. On the other hand, increasing the damping of the system is one of the mostpractical solutions to control vibrations in rotating equipment. One of the most importantmethods to increase the damping is the use of squeeze film dampers. Despite the highefficiency of these elements in controlling the amplitude and damping of system vibrations,their nonlinear behavior has created many limitations in the use of this equipment.In this paper, the bifurcation analysis of a flexible rotor with a floating-ring squeeze filmdamper with centralizing spring and considering the occurrence of cavitation in the damper oilfilm and transverse cracks in the shaft is been investigated.
    Keywords: crack, Squeeze Film Damper, Floating ring, Bifurcation, Nonlinear vibrations
  • Hossein Mirzaeinejad *, Ali Mohammad Shafei Pages 66-95
    This manuscript discusses the mathematical modeling of a serial manipulator connetcted byrotary joints and fixed on a non-holonomic wheeled moving base. The equations of motion ofthe system are obtained in a closed form using the Gibbs-Appell formulation. Then, newkinematics and dynamics based multivariable controllers are presented by using the predictivecontrol approach. The control laws are derived by minimizing a quadratic cost function for thepredicted tracking errors of the mentioned system. Finally, the performance of the suggestedcontroller is presented by simulating a mobile manipulator in simultaneous trajectory trackingof the mobile base and end-effector.
    Keywords: Wheeled Robot, Gibbs-Appell Formultsion, Tracking, Nonlinear predictive control
  • Mohammad Hamisi, S. Ebrahim Moussavi * Pages 96-113
    The basic idea of this study is based on the relationship between the vibrational andmechanical properties of matter and its structural changes due to operation at hightemperatures. In this regard, samples of DIN X12CrNi2525 steel were aged at three differentworking temperatures for a full three days and nights, which led to the formation ofprecipitation and increased sigma phase. By comparing the results of experimental tests, wesee a very strong relationship between the properties of matter. By comparing the results ofexperimental tests, we see as the temperature of aging rises, the natural frequency of the firstfive modes and the damping coefficients increase. Also, the tensile modulus and the hardnessof the Vickers increase, as the temperature of aging rises. This study examines the feasibilityof developing a new and non-destructive method for estimating residual life using dampingcoefficients in the conditions of super-heating of power plant parts.
    Keywords: Microstructural change, Aging, Residual life estimate, Damping Capacity, natural frequency
  • Negar Afaghi Sardroud *, Asad Modares Motlag, Arash Ranjbaran Pages 114-128
    As the forces and moments for controlling the vehicle are generated between the tire and road, Therefore the tire model is very important in the vehicle dynamic. The Pacejka’s Magic Formula (MF) has become the most popular model. This model for describing the tire properties needs a set of parameters. In this paper the identifying of tire model coefficients discussed. Self-organizing maps (SOMs) was used for determining the parameters on the different road condition form high dry surface to low wet surface. The tests were taken with a vehicle that was used to conduct the real test at different road conditions. It was designed by Malaga mechanical research group. The effect of surface condition on the parameter of model discussed. A good Slip-Force ratio with the data that was not used in the network training was produced by the neural network so this method is feasible and easily obtain the parameter of each experiment on different experimental tests.
    Keywords: Tire model, magic formula parameters, Self-organizing map, Road condition
  • Mohammad Salari *, Hossein Mahinabad Pages 129-156
    In this study, some parameters affecting the buckling load of stiffened cylindrical shells areinvestigated. These parameters include the type of connection stiffeners to the shell (weldingor glue and rivet), the number, thickness and shape of the cross-sectional area of the longitudinaland circumferential stiffeners, the shell thickness, the shape and the imperfection ratio and sizeof the cutout created in the shell. For this purpose, both analytical and numerical methods havebeen used. In the analytical method, the energy method is used and in the numerical method,Abacus software is used. In this study, in addition to previous works, on how to attach stiffenersto the shell, the effect of imperfection ratio of elliptic and rectangular cutout and also the effectof some parameters related to longitudinal and circumferential stiffeners such as the effect ofcross section shape and their number on the buckling load have been investigated separately.
    Keywords: Buckling, Stiffened cylindrical shells, Energy method, Cutout, Longitudinal, circumferential stiffeners
  • Reza Saremian, Ehsan Foroozmehr, Mohsen Badrossamay *, Mahmood Kadkhodaie Pages 157-175
    Currently, with the advancement and development of the additive manufacturing technology(AM), many studies are conducted to evaluate the behavior and mechanical properties of latticestructures. Due to their ability to control mechanical properties, these structures have beenconsidered by researchers. In this paper, the properties and mechanical behavior of the kelvinlattice structure were investigated experimentally and numerically. The intended structure is316L stainless steel and is fabricated using the selective laser melting (SLM) method. The buildquality and mechanical properties of the kelvin lattice structure were evaluated. Build qualitywas evaluated using the digital microscope and scanning electron microscope (SEM).As well as to evaluate the behavior and mechanical properties of the kelvin lattice structure,quasi-static compression test was performed. Finite element modeling was carried out to predictthe mechanical properties and behavior of the kelvin lattice structure. To do this, the unit cellmethod was used. Based on the provided images, the kelvin lattice structure was fabricatedwithout defect and in accordance with the previously defined geometry. The experimentalcompressive test results show the favorable mechanical properties, the ability to absorb energy,and the excellent reproducibility of the fabricated lattice structures results. Finite elementmodeling had a good agreement with experimental results which can be used to predict thebehavior and mechanical properties of the kelvin lattice structure with much less time and costthan the experimental method.
    Keywords: Kelvin lattice structure, Additive manufacturing, Selective laser melting, Finite element method. 316L
  • masoud minaei *, Mousa Rezaee, Vahid Arab Maleki Pages 176-198

    In this paper flexural vibration and buckling analysis of the viscoelastic nanotube under electromagnetic force is investigated analytically. In order to consider more realistic assumptions, the linear solid viscoelastic model is used. The differential equations of motion are derived via the nonlocal Timoshenko beam theory. The Lorentz magnetic force is obtained from the Maxwell's relation. The analytical method is used to obtain nonlocal natural frequencies and buckling load of the system. The influence of magnetic field, aspect ratio and nanoscale effects on the natural frequencies and buckling load are studied. Then the results are validated and illustrated with appropriate figures and tables.

    Keywords: Carbon Nanotube, Magnetic Field, Viscoelastic, Timoshenko Beam, Nonlocal theory
  • Hamid Ghadiri *, Hamed Khodadadi Pages 199-219

    An Acrobat robot is a two-link surface robot that emulates the behavior of an acrobat man. This paper designed a dynamic output feedback control strategy to overcome system challenges such as its balancing and swing. This method is employed for the optimal control of the nonlinear model of the acrobat robot. It is important to note that dynamic feedback controllers are preferable to static ones due to their more effective control performances alongside with more degrees of freedom in achieving control objectives. In addition, the presented approach is incorporated with fuzzy control to optimize and update the parameters of the proposed controller. Simulations are performed in several cases consisting of the nominal system and considering the noise and disturbances. Simulation results demonstrate that the proposed controller in the form of fuzzy dynamic output feedback has a good performance compared to the static and dynamic output feedback in various situations.

    Keywords: Two-link robot, Dynamic output feedback control, Fuzzy control, Acrobat robot