فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و سوم شماره 12 (اسفند 1400)

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و سوم شماره 12 (اسفند 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/11/09
  • تعداد عناوین: 15
|
  • محفوظ سهرابی فرد، محمدجواد ناطق* صفحه 1

    سفتی تماسی میان قطعه کار و سامانه جاسازی قیدوبند، یکی از عوامل تعیین کننده میزان پایداری قطعه کار در حین فرآیند ماشینکاری می باشد. اما محاسبه این سفتی تماسی مستلزم اندازه گیری دقیق نیروهای تکیه گاهی در محل جاسازها می باشد که در اثر عواملی نظیر نیروی بست ها، نیروهای ماشینکاری، نیروی وزن قطعه کار و اثرات اصطکاک میان قطعه کار و اجزاء قیدوبند ظاهر می شوند. تاکنون روش های تحلیلی متعددی به منظور محاسبه این نیروها ارایه شده است اما از آنجاییکه دستگاه حل معادلات نیروهای جاسازها در سامانه جاسازی 3-2-1 شامل شش معادله و هجده مجهول می باشد، لذا برای حل این معادلات غالبا از روش های بهینه سازی استفاده می شود که در آن تخمین نیروهای عکس العمل جاسازها و از آنجا محاسبه سفتی تماسی، همراه با خطاهایی خواهد بود که پی بردن به میزان این خطاها به دلیل ساده-سازی های اعمال شده به مدل های تحلیلی، مستلزم داشتن یک معیار دقیق مبتنی بر یک روش تجربی می باشد. بدین منظور در این پژوهش یک روش تجربی به منظور محاسبه نیروهای عکس العمل جاسازها ارایه شده است که در آن تمامی عوامل موثر بر سفتی تماسی نظیر موقعیت هرکدام از جاسازها و بست ها، اصطکاک میان اجزاء سیستم جاسازی با قطعه کار، نیروی بست ها، نیروهای ماشینکاری، نیروی وزن قطعه کار در نظر گرفته شده است. از این روش می توان به عنوان معیاری مناسب به منظور ارزیابی و صحت سنجی مدل های تحلیلی و روش های بهینه سازی در محاسبه نیروی عکس العمل جاسازها استفاده نمود.

    کلیدواژگان: سفتی تماسی، سفتی قیدوبند، سیستم جاسازی قطعه کار، قیدوبندهای فرزکاری، نیروی عکس العمل جاسازها
  • موسی ارسلانی، محمدرضا رازفر*، امیر عبدالله، محسن خواجه زاده صفحه 2

    ماشین کاری قطعات ساخته شده از فولادهای سخت کاری شده، که سختی آنها عمدتا بالاتر از 45 راکول سی است، سخت تراشی نامیده می شود. این قطعات که عمدتا در شرایط بارگذاری خستگی کار می کنند، نیازمند مقادیر پایین زبری سطح (در حد 15/0 میکرومتر Ra) هستند که در حالت عادی با فرایند سخت تراشی و کوبش بعد از آن، قابل حصول نمی باشد. فرایند سنگ زنی، با وجود بهبود در صافی سطح قطعات، از یک سو منجر به افزایش تنش های پسماند کششی شده و از سوی دیگر به دلیل شوک های حرارتی شدید، نواحی جوانی زنی ترک را ، افزایش می دهد و بنابراین ممکن است استحکام خستگی را کاهش دهد. در این مقاله، تاثیر افزوده شدن یک فرایند سنگ زنی قبل از فرایند کوبش بر صافی سطح و نیروهای فرایند مطالعه شده و با هدف در نظر گرفتن تاثیرات فرایند سنگ زنی بر استحکام خستگی، تنش های پسماند و حد دوام قطعات تولید شده توسط طرح فرایند ساخت سخت تراشی، سنگ زنی و کوبش ساچمه ای فولاد سخت کاری شده 4130، مورد مطالعه تجربی قرار گرفته است. بر اساس نتایج حاصل، در نمونه هایی که قبل از فرایند کوبش، سنگ زنی شده باشند، زبری سطح به طور متوسط 56/91 درصد بهبود یافته و نیروهای فرایند کوبش به طور متوسط 52/39 درصد کاهش یافته و در عین حال، تنش های پسماند سطحی فشاری هستند. در نتیجه این عوامل، حد دوام قطعات تولیدی به طور متوسط 95/10 درصد نسبت به نمونه سخت تراشی افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: کوبش، زبری سطح، نیرو، سنگ زنی، حد دوام
  • سینا نظری اونلقی، علیرضا صادقی*، مراد کریم پور، هادی محمدی صفحه 3

    در این مقاله ضرایب ناهمسانگردی نرمال در دو نمونه ی میکرونی پرینت شده و قالب گیری شده تحت فشار از جنس ABS محاسبه و مقایسه شده است. برای این منظور، نمونه های میکرونی پرینت شده و قالب گیری شده از جنس ABS فرآوری شده است. نمونه ها با یک دستگاه تست کشش میکرونی و در میدان دید میکروسکوپ نوری کشیده شده و در حین کشش از تغییر شکل نمونه ها فیلم تهیه شده است. فریم هایی از این فیلم برای پیاده سازی همبستگی تصاویر دیجیتال انتخاب شده و توزیع کرنش روی سطح میکرونی به صورت تابعی از تغییر شکل بدست آمده است. نتایج تحلیل همبستگی تصاویر دیجیتال با مشاهدات تجربی توافق کاملی دارد. از روی مولفه های کرنش های سطحی و با فرض تراکم ناپذیری پلاستیک، مقادیر ضرایب ناهمسانگردی نرمال در سطح میکرونی بدست آمده است. نتایج نشان می دهد که تغییر شکل پلاستیک در هر دو نمونه با ناهمسانگردی همراه است. در کرنش های پلاستیک پایین، نمونه ی پرینت شده رفتار ناهمسانگردتری نسبت به نمونه ی تک لایه از خود نشان می دهد. با افزایش کرنش اعمالی، مقدار ضریب ناهمسانگردی برای نمونه ی پرینت شده افزایش یافته و برای نمونه ی پرس شده کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)، پرینت سه بعدی، قالب گیری تحت فشار، همبستگی تصاویر دیجیتال، ناهمسانگردی
  • سپیده نصرتی، اسماعیل پورسعیدی*، امین داداشی صفحه 4

    موضوع مقاله حاضر، مطالعه تجربی اثرات تردی هیدروژنی به همراه تنش پسماند بر روی خواص مکانیکی آلیاژ GTD450 است. بدین منظور از محلول 5/0 مولار سولفوریک اسید برای ایجاد تردی هیدروژنی یک و دوساعته (دو سطح) و از روش دندانه گذاری با سطح استوانه ای برای ایجاد تنش پسماند متناسب با نیروی پنج و نه کیلو نیوتنی (دو سطح) استفاده شد. بر اساس یافته‎ های آزمایشگاهی، تغییرات انعطاف پذیری و درصد کاهش سطح مقطع شکست، نسبت به شرایط مبنا (عدم اعمال تنش پسماند و تردی هیدروژنی) در چهار سطح آزمایش صورت پذیرفته به ترتیب در محدوده 69/42% تا 68/74% و 78/11% تا 58/39% به دست آمد. نتایج تحلیل آماری نیز مشارکت تنش پسماند و تردی هیدروژنی در انعطاف پذیری را به ترتیب معادل 15/1% و 05/67% برآورد کرده است. همچنین، برای تنش پسماند مربوط به نیروی پنج کیلو نیوتنی، با افزایش مدت زمان شارژ هیدروژنی به دو ساعت، مقدار چقرمگی 54/60% کاهش یافته است. علاوه بر این مشاهده گردید که حداکثر تغییرات در تنش تسلیم نسبت به شرایط مبنا، 68/1% است که در نمونه با تردی هیدروژنی یک ساعته و تنش پسماند ناشی از نیروی نه کیلو نیوتنی ایجاد شده است. در حالت مبنا گلویی شدن با کرنش زیاد و کاهش 36 درصدی سطح مقطع شکست رخ داد؛ اما در شرایط شارژ دوساعته، شکست با حداقل گلویی شدن، کرنش کم و کاهش اندک سطح مقطع، به میزان 75/21% صورت گرفت.

    کلیدواژگان: تردی هیدروژنی، تنش پسماند، خواص مکانیکی، تست کشش، فولاد GTD450
  • حامد قلی پور، فریدرضا بیگلری*، کامران نیک بین صفحه 5

    در این مقاله به مدل مکانیک آسیب مبتنی بر میکرومکانیک ‏GTN‏ جهت اضافه کردن قابلیت پیش بینی و محاسبه آسیب تحت بارهای برشی پرداخته شده؛ تا از ‏آن به منظور مدل سازی آسیب و شکست در شریطی که بارهای برشی و آسیب برشی غالب است استفاده گردد. در توسعه مدل ‏GTN‏ ، نظر به اینکه آسیب های مختلف ‏مفاهیم فیزیکی و اثرات تضعیف متفاوتی دارند لذا یک پارامتر آسیب برشی مستقل و مجزا به عنوان تابعی از کرنش پلاستیک معادل ماتریس ارایه گردید. مدل آسیب ‏GTN‏ اصلاح شده با توسعه کد ‏VUMAT‏ در محیط نرم افزار آباکوس پیاده سازی شد. جهت استفاده از مدل ‏GTN‏ ‏ توسعه داده شده در قالب ‏VUMAT‏ برای آنالیز ‏آسیب، 16 پارامتر ورودی مدل برای ماده موردمطالعه تعیین گردید. پس از طی توسعه مدل، توسعه کد و تعیین پارامترهای ورودی برای آن، ابتدا مدل اصلاح شده بر ‏روی تک المان آزمایش شد. بررسی نتایج نشان داد که جواب های مدل توسعه داده شده مطابقت کاملی با نتایج مدل ‏GTN‏ ‏ پایه و روابط تحلیلی به ترتیب تحت ‏بارگذاری های کششی و برشی دارد. درنهایت مدل توسعه داده شده در بارگذاری برشی و روی نمونه برشی مورد آزمایش قرار گرفت. مشاهده گردید مدل اصلاح شده تحت ‏بارگذاری برشی ضعف مدل ‏GTN‏ ‏ پایه را رفع کرده و به خوبی بروز آسیب و تضعیف خواص مکانیکی ماده را تحت شرایط برشی حاکم پیش بینی می کند.‏

    کلیدواژگان: مکانیک آسیب، مدل GTN، تابع تسلیم، آسیب برشی
  • مهدی انصاری، سید مهدی گنجیانی*، امین لله گانی دزکی صفحه 6

    نظریه مکانیک آسیب محیط های پیوسته با رویکردی پدیدارشناختی در پیش بینی پدیده ی شکست مواد به کارگرفته می شود. از آ ن جایی که هر ماده رفتار مخصوص به خود را دارد، یافتن نحوه رفتار آسیب فلزات پرکاربرد اهمیت ویژه ای دارد. در این تحقیق دو مدل آسیب گنجیانی و بونورا، برای تحلیل رفتار الاستوپلاستیک آسیب چند فلز از طریق نوشتن زیربرنامه VUMAT در نرم افزار آباکوس، انجام شبیه سازی و مقایسه با داده های تجربی موجود در منابع، استفاده شده است. جزییات انتگرال گیری صریح و الگوریتم حل ارایه شده است. همچنین، به دلیل اینکه کرنش ها در محدوده تغییر شکل های بزرگ بوده اند، از روابط مربوط به تغییر شکل های بزرگ استفاده شده است. در یافتن ثوابت مدل ها از نمودارهای تنش-کرنش، آسیب-کرنش و کرنش شکست-تنش سه محوری استفاده شده است. پس از انجام شبیه سازی به کمک نمودار نیرو-جابه جایی که تطابق خوبی با نمودار تجربی برای هر فلز داشته اند، صحت عملکرد تایید شده است. در حالت کلی ثوابت طی یک فرایند آزمون و خطا طوری مشخص گردیدند که برازش منحنی بهینه انجام گرفته باشد. فلزات مورد بررسی فولاد 1045، آلومینیوم 351T-2024 و فولاد 130HY بودند. برای دو فلز اول آزمون کشش ساده و برای فولاد 130HY آزمون خمش سه نقطه ای شبیه سازی شده است و نمودار نیرو-جابه جایی حاصل با نمودار تجربی نظیر مقایسه شده است.

    کلیدواژگان: مکانیک آسیب، تنش سه محوری، کرنش شکست، رفتار الاستوپلاستیک
  • میثم جلالی*، امیرحسین نقی زاده، هادی خرمی شاد صفحه 7

    در این تحقیق تاثیر افزودنی اکسید گرافن در پارچه کولار دارای سیال غلیظ شونده برشی متشکل از پلی اتیلن گلایکول و سیلیکای کروی تحت بارگذاری بالستیک مطالعه شده است. برای درک بهتر تاثیر نمونه های مختلف از سیال غلیظ شونده برشی در عملکرد بالستیکی، آزمون بیرون کشی الیاف برای ارزیابی اصطکاک بین الیاف انجام شد. میزان افزایش انرژی در آزمون بالستیک برای پارچه دارای سیال غلیظ شونده برشی در مقایسه با پارچه ساده 8/25 درصد بود. افزودن اکسید گرافن به سیال غلیظ شونده برشی به اندازه 2/0 درصد وزنی سبب شد که میزان افزایش انرژی در مقایسه با پارچه ساده به 3/23 درصد تغییر کند، که این مقدار نشان از اثر تضعیف کنندگی اکسید گرافن دارد. نتایج آزمون بیرون کشی الیاف با نتایج آزمون بالستیک هماهنگ بود، بدین معنی که با مشاهده افزایش یا کاهش بیشینه نیرو در آزمون بیرون کشی الیاف، جذب انرژی در آزمون بالستیک به همان ترتیب افزایش یا کاهش می یافت. افزودن اکسید گرافن سبب کاهش بیشینه نیرو در مقایسه با نمونه سیال غلیظ شونده برشی در آزمون بیرون کشی شده که در نتیجه قیود حرکتی الیاف کاهش یافته و حرکت گلوله در پارچه تسهیل می شود.

    کلیدواژگان: سیال سخت شونده برشی، اکسید گرافن، کولار، بالستیک
  • مهرداد محمدی*، ابوذر پیردیر، محمدجواد کاظم زاده پارسی، مجید رجبی صفحه 8

    در این تحقیق رفتار ارتعاشات غیرخطی یک نوع اتصال پیچی تک لبه دو ورق آلومینیومی به صورت تحلیلی و تجربی مطالعه شده است. بر این اساس، در ابتدا با در نظر قرار دادن اثرات رفتار غیرخطی در محل اتصال پیچ، یک مدل غیرخطی دو درجه آزادی برای این نوع اتصالات ارایه شده است. در ادامه، به منظور تعیین پارامترهای مجهول مدل ارایه شده، خصوصیات ارتعاشی و دینامیکی این سازه با استفاده از آنالیز مودال تجربی و روش بروزرسانی مدل، تخمین زده شده است. بروزرسانی مدل به کمک الگوریتم های ذاتی (فرا ابتکاری) صورت گرفته و از فرکانس های طبیعی، برای تشکیل تابع هدف بهینه سازی و از الگوریتم کرم شب تاب برای حل مسئله ی بهینه سازی، استفاده شده است. در نهایت، تاثیر افزایش دامنه نیروی تحریک و نیروی پیش بار پیچ ها بر رفتار دینامیکی این سیستم ها به صورت تحلیلی مطالعه شده است. بررسی منحنی های دامنه-فرکانس نشان می دهد که کاهش نیروی پیش بار پیچ ها باعث کمتر شدن فرکانس طبیعی و همچنین اعوجاج منحنی دامنه-فرکانس به سمت چپ می شود که نشان دهنده رفتار غیرخطی نرم شونده سیستم با کاهش گشتاور اعمالی می باشد. علاوه بر این، مقایسه مقادیر فرکانس های طبیعی تیوری و تجربی نشان می دهد که مدل چند درجه آزادی ارایه شده با دقت بسیار مناسبی مشخصه های ارتعاشی این سیتسم ها را پیش بینی می کند و با استفاده از مدل ارایه شده می توان رفتار دینامیکی این سیستم ها را به ازای پارامترهای مختلف مطالعه کرد.

    کلیدواژگان: ارتعاشات اتصالات پیچی، مدل دو درجه آزادی، بروز رسانی مدل، الگوریتم کرم شب تاب، منحنی پاسخ فرکانسی
  • محمدرضا کارگر درونکلائی، سید هادی قادری* صفحه 9

    در شکل دهی ورق فلزی، تنش فشاری در راستای ضخامت می تواند بر شکل پذیری ورق موثر باشد. در این مقاله، برای بررسی اثر فشار در راستای ضخامت ورق بر شکل پذیری آلیاژ آلومینیوم AA6022-T4 از روش المان محدود پلاستیسیته بلور استفاده شد. یک رفتار خود-کارسخت شوندگی برای سیستم های لغزش در نظر گرفته شد. برای پیش بینی ایجاد و رشد گلویی، در آزمون کشش تک محوره از معیار بیشینه کرنش برشی برای شروع و تکامل آسیب در مدل رفتاری استفاده شد. برای به کارگیری مدل در ابکوس، یک زیربرنامه VUMAT بر اساس معادلات ساختاری گسسته سازی شده و تکنیک انتگرال گیری اویلر پیشرو توسعه یافت. پس از صحت سنجی کد، پارامترهای آن بر اساس نتایج آزمون کشش تک محوره کالیبره شد. برای شبیه سازی آزمون کشش ورق به ضخامت mm 1، حجم نماینده ای به ابعاد mm^3 5/0×5/1×3، با توسعه ی یک اسکریپت پایتون، به 14790 دانه تقسیم بندی و با المان های چهاروجهی با ابعاد μm 50 گسسته سازی شد. با استفاده از داده های تجربی موجود و در نظر گرفتن بافت مناسب برای ورق، جهت های بلوری با زوایای اویلر تعیین شد. آزمون کشش تک محوره با در نظر گرفتن فشار در راستای ضخامت روی حجم نماینده انجام شد. نتایج نشان داد، در کشش تک محوره، با اعمال فشار، کرنش محوری لحظه ی گلویی رشد کرده، و در نتیجه، گلویی به تاخیر افتاده، شکل پذیری بهبود می یابد. همچنین، نیروی محوری مورد نیاز برای شکل دهی کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: روش المان محدود پلاستیسیته بلور، زیربرنامه VUMAT، آزمون کشش تک محوره، شکل پذیری ورق فلزی، تنش در راستای ضخامت
  • معین طاهری*، مهدی میرزالو صفحه 10

    سرطان سینه به علت شیوع بالا، از جمله سرطان های مورد توجه در حوزه ی پزشکی می باشد. شناخت ویژگی های مکانیکی بافت سلولی از جمله مدول یانگ و مقایسه ی تفاوت های ایجاد شده پس از بروز بیماری، سبب ایجاد روش های نوین در شناخت، کنترل و درمان این بیماری می گردد. نانومنیپولیشن از جمله فرآیندهای مورد استفاده در حوزه ی نانو است که با کاوش سطح ذرات بیولوژیکی و تحلیل اطلاعات در دو فاز مختلف به استخراج ویژگی های بافت های سلولی می پردازد. میکروسکوپ نیروی اتمی ابزار مورد استفاده در طی این فرآیند می باشد که از طریق تماس نوک سوزن با بافت سلولی در حین حرکت تیرک و با اندازه گیری تغییرات حاصل از جابه جایی و نیرو به بررسی ویژگی های بافت سلولی می پردازد. در این پژوهش نانومنیپولیشن سلول سرطانی سینه MCF-7 با هدف یافتن مدول یانگ بافت سلولی، با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی به صورت تجربی صورت گرفته است. پس از استخراج نتایج تجربی به مدل سازی و محاسبه ی نیرو و زمان بحرانی با در نظر گرفتن مدل های تماسی مختلف از جمله مدل تماسی Hertz، PT و COS، پرداخته شده است. با توجه به مقایسه ی نتایج تجربی و شبیه سازی انجام شده، مدول یانگ سلول سرطانی سینه MCF-7 در محدوده ی 800 پاسکال به دست آمده است. همچنین مدل تماسی COS تطابق بیشتری با نتایج تجربی داشته است.

    کلیدواژگان: سلول سرطانی سینه MCF-7، نانومنیپولیشن، مدل های تماسی، مدول یانگ، میکروسکوپ نیروی اتمی
  • حمیدرضا فهیمی، ابوالقاسم نقاش* صفحه 11

    مقاله حاضر، تلاشی است در راستای ادغام فنون بینایی رایانه و هدایت و کنترل پرنده های بدون سرنشین جهت طراحی و بهینه سازی یک ماموریت خودکار انجام شده توسط یک ریزپرنده، به نحوی که انجام خودکار ماموریت نسبت به انجام آن توسط انسان، به نحو قابل قبولی به صرفه تر باشد. سامانه ای جهت مدیریت فضای انبار به وسیله ریزپرنده مجهز به یک دوربین جلو ارایه گردیده است. الگوریتم های بینایی رایانه برای ریزپرنده امکان یافت موقعیت بسته ها، تایید وجود یا عدم وجود یک بسته در انبار و آمارگیری کل انبار در زمان کوتاه را فراهم می سازد. روشی نوآورانه برای درک قفسه های انبار و بسته های موجود در آن توسط تصویر دوربین ارایه گردیده است که سامانه را قادر می سازد که به صورت آنی، ضمن انجام عمل آمارگیری از قفسه ها، مسیر حرکت بهینه را برای ریزپرنده تشخیص داده و سپس با پیروی از آن، ماموریت را در زمانی سریع تر نسبت به روش های هدایتی متداول کامل سازد. الگوریتم هدایتی طوری طراحی شده است که بازدهی عملیات خودکار نسبت به انجام عملیات توسط انسان به طور قابل توجهی افزایش یابد. سامانه مورد پیاده سازی قرارگرفته و داده خروجی آزمایش ارایه شده است. آزمایش ها حکایت از موفقیت سامانه در تامین امنیت عملیات خودکار، ضمن کاهش زمان ماموریت دارد.

    کلیدواژگان: بینایی ماشین، ریزپرنده، هدایت تصویری، ربات انبارگرد، بهینه سازی مسیر
  • امیرحسین قاسمی کرم، عباس مزیدی*، سید احمد فاضل زاده حقیقی صفحه 12

    در این مقاله با استفاده از یک روش نیمه تحلیلی، رفتار آیروالاستیک یک نمونه بال جعبه ای سه بعدی مدلسازی و تحلیل شده است. ساختار بال جعبه ای شامل دو بال جلو و عقب بوده که توسط یک بالچه در انتها به یکدیگر متصل شده اند. هر یک از بال های جلو و عقب بصورت یک تیر با تغییر شکل خمشی و پیچشی در نظر گرفته شده است. به منظور مدلسازی اثر بالچه از دو فنر طولی و پیچشی استفاده شده است. استخراج معادلات حرکت با استفاده از اصل هامیلتون انجام شده و جهت مدلسازی نیروهای آیرودینامیکی از مدل ناپایای واگنر استفاده شده است. همچنین جهت تبدیل معادلات حاکم که از نوع معادلات دیفرانسیل پاره ای-انتگرالی بوده، به معادلات دیفرانسیل معمولی، از روش مودهای فرضی استفاده شده است. اعتبارسنجی با استفاده از نرم افزار NASTRAN انجام شده است. نتایج حاصل از این مقایسه نشان دهنده دقت مناسب مدلسازی می باشد. اثرات تغییر پارامترهای طراحی نظیر زاویه عقبگرد، میزان صلبیت بالچه و نیز طول وتر بالها بر فلاتر بال جعبه ای مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که افزایش همزمان زاویه عقبگرد در بال جلو و عقب باعث افزایش پایداری سیستم می شود. همچنین افزایش سفتی پیچشی بالچه موجب افزایش سرعت فلاتر می شود در حالی که افزایش سفتی طولی بالچه باعث کاهش سرعت فلاتر می-گردد. علاوه بر این با افزایش نسبت وتر بال جلو به بال عقب، سرعت فلاتر افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: فلاتر، بال جعبه ای، مدل ناپایا، واگنر
  • مجید مختاری، مصطفی تقی زاده*، محمود مزارع صفحه 13

    ایجاد مسیرهای مرجع و توانایی تعقیب مسیرهای ایجاد شده در حضور اغتشاشات و عدم قطعیت ها از مسایل مهم در بررسی عملکرد ربات اسکلت خارجی می باشد. یکی از روش های طراحی مسیر ربات های راه رونده الگوریتم تولید الگوی مرکزی می باشد. این الگوریتم به صورت چرخه حدی رفتار می کنند و اغتشاشات وارده را به سرعت از سیستم حذف کرده و مسیرهای موزونی را ایجاد می کند. در این مقاله برای ایجاد مسیرهای مرجع هر یک از مفاصل ربات از ترکیب هفت عدد نوسانگر هپفیلد اصلاح شده با قابلیت تغییر در مشخصه های فرکانس و دامنه راه رفتن استفاده شده است. اصلاح برخط مسیرهای مرجع مفاصل ربات به کمک سیگنال خطای بازخوردی بین محل نقطه گشتاور صفر مطلوب و نقطه گشتاور صفر ربات در هر لحظه انجام شده است. به منظور مقابله با اغتشاشات و عدم قطعیت ها با دامنه نامعلوم سیستم و دستیابی به حداکثر کارایی در تعقیب مسیرهای مرجع ربات، از کنترل-کننده تطبیقی مد لغزشی دینامیکی سریع ترمینالی با قابلیت حذف پدیده چترینگ و همگرایی زمان محدود استفاده شده است. همچنین با حرکت لینک کمر حداکثر پایداری حرکت ربات بر اساس معیار نقطه گشتاور صفر ایجاد شده است. برای دستیابی به بهترین عملکرد، پارامترهای کنترل کننده، ضرایب نوسانگرها و اتصال بین آن ها بهینه شده اند. عملکرد روش ارایه شده با کنترل کننده مد لغزشی مقایسه شده است که نتایج برتری روش ارایه شده را نشان داده است.

    کلیدواژگان: ربات اسکلت خارجی، کنترل کننده تطبیقی مد لغزشی دینامیکی سریع ترمینالی، الگوریتم تولید الگوی مرکزی، نوسانسازهای هپفیلد، معیار پایداری نقطه گشتاور صفر
  • مازیار دقیقی، علی رحمانی هنزکی*، مجید شاهقلی، سعید باب صفحه 14

    امروزه استفاده از باد به عنوان یکی از اصلی ترین منابع انرژی پاک در سرتاسر جهان به سرعت گسترش یافته است. اخیرا، با توسعه نیروگاه ها بادی و به تبع آن بزرگتر شدن اندازه توربین های بادی، تعمیر و نگهداری آن ها نیز دشوارتر شده، و در نتیجه توجه محققان به تجزیه و تحلیل ارتعاشات و مهار آن جلب گردیده است. در این تحقیق یک پره توربین بادی با نوعی جاذب غیرخطی به نام چاه غیرخطی انرژی پربازده مدل شده که در آن تعامل بین پره سنگین و بلند، و جاذب تحت تاثیر نیروی جاذبه در صفحه عمودی و همچنین نیروی باد که به دلیل ویژگی وابستگی به ارتفاع به صورت دوره ای تغییر می کند، بررسی شده است. بدین منظور، معادلات حرکت پره متصل به چاه غیرخطی انرژی با استفاده از روش انرژی استخراج شده و به صورت عددی حل شده است. سپس به تحلیل حساسیت پارامترهای موثر در عملکرد چاه غیر خطی انرژی پرداخته شده و برای جاذب بهینه، رفتار سیستم در شرایط دوران پره به تنهایی و دوران پره با وجود جاذب متصل به آن، بررسی شده است.

    کلیدواژگان: توربین بادی، پره، ارتعاشات مکانیکی، چاه غیر خطی انرژی
  • حسین لکزیان*، رضا عرب صفحه 15

    پوسته های استوانه ای تقویت شده کاربرد فراوانی در بسیاری از شاخه های مهندسی از قبیل کشتی ها، زیردریایی و مخازن سوخت هواپیما دارد. در اکثر این موارد پوسته تحت بارهای دینامیکی قرار می گیرد. یکی از بار های دینامیکی که می تواند به این پوسته ها وارد شود فشار داخلی متحرک می-باشد. تحلیل پوسته استوانه ای تقویت شده تحت فشار داخلی متحرک در این پژوهش مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات حرکت بر اساس تیوری کلاسیک پوسته با استفاده از روش همیلتون استخراج شده اند. شرایط مرزی پوسته دو سر ساده در نظر گرفته شده است. مولفه های جابه جایی با توجه به شرایط مرزی به صورت بسط سری فوریه دوگانه نوشته شده اند. برای بدست آوردن فرکانس طبیعی و پاسخ پوسته استوانه ای تحت بارگذاری متحرک داخلی معادلات حرکت با استفاده از روش توابع وزنی گالرکین حل شده اند. برای به دست آوردن فرکانس های طبیعی و پاسخ زمانی پوسته کدهایی به زبان فرترن نوشته شده اند و نتایج با پاسخ مراجع دیگر و پاسخ نرم افزار آباکوس مقایسه شده اند و در نهایت تاثیر پارامترهای هندسی بر فرکانس های طبیعی و پاسخ زمانی پوسته استوانه ای تقویت شده تحت فشار داخلی متحرک بررسی شده است و نتایج برای پوسته تقویت نشده و پوسته تقویت شده با تقویت کننده های مختلف مقایسه شده اند.

    کلیدواژگان: پوسته استوانه ای، تقویت کننده های شعاعی و طولی، ارتعاش آزاد، تحلیل دینامیکی، فشار داخلی متحرک
|
  • Mahfooz Sohrabifard, MohamadJavad Nategh * Page 1

    The contact stiffness between workpiece and fixture locating system is one of the decisive factors for maintenance of the stability of workpiece during the machining process. In order to estimate the contact stiffness, it is needed to determine the locator reaction forces. These forces are created by the clamping forces, cutting forces, workpiece weight and friction effects of the contact between the workpiece and fixture locating system. Some analytical approaches have already been presented for calculating the location reaction forces. However, there are six equations for a (3-2-1) locating system, but 18 unknown parameters. Therefore, an optimization solution is proposed in the literature to obtain the reaction forces which involves several simplifying assumptions which result in considerable errors in the solution. In this study, in addition to presenting the mathematical model of the total system, an experimental approach has been proposed in order to determine the locator reaction forces. This can provide a suitable means for evaluating the optimization solutions and analytical models for determining the locator reaction forces and contact stiffness and diminishing the errors. an experimental approach has been proposed in order to determine the locator reaction forces. This can provide a suitable means for evaluating the optimization solutions and analytical models for determining the locator reaction forces and contact stiffness and diminishing the errors.

    Keywords: Contact Stiffness, Fixture stiffness, Locator reaction Forces, Locating System, Milling Fixtures
  • Moosa Arsalani, MohammadReza Razfar *, Amir Abdullah, Mohsen Khajehzadeh Page 2

    Machining of hardened steels, which their hardness is generally higher than 45 Rockwell C, is called hard turning. These components usually work under dynamic loading conditions and require a high level of surface finish (in the order of 0.15 μm Ra) which cannot be achieved by sequential hard turning and burnishing processes. However, there are serious concerns about this complimant grinding operation; grinding process, on one hand increases tensile residual stresses and on the other hand, increases crack nucleation regions. Therefore, these two factors might decrease workpiece fatigue strength. So, in this paper, the effects of adding a grinding operation before ball burnishing process, have been experimentally studied on final surface roughness and burnishing forces; at the same time, in order to consider the possible destructive effects of grinding process, a set of experimental measurements including surface residual stresses and endurance limit measurement, have been done for AISI 4130 fatigue samples. Based on the achieved results, adding a grinding operation before burnishing process, has lead to 91.56% improvement in surface finish and 39.52% reduction in burnishing forces. In addition, surface residual stress are compressive and there is slight difference in the magnitude of compressive residual stresses in comparison to burnished hard turned samples. Due to these positive findings, endurance limit of produced samples show 10.95% improvement in comparison to burnished hard turned samples.

    Keywords: Ball Burnishing Process, Surface roughness, Burnishing Forces, Grinding, Endurance Limit
  • Sina Nazari Onlaghi, Alireza Sadeghi *, Morad KARIMPOUR, Hadi Mohammadi Page 3

    This paper aims to calculate and compare normal anisotropy coefficients in 3D-printed and hot-compression molded micro ABS specimens. To achieve this goal, micro specimens of additively-printed and compression-molded ABS were fabricated and tested using a micro-tensile testing apparatus integrated with an optical microscope while the deformation of the specimens was recorded by a camera. Frames from this video were selected and strain distribution on a micron-sized area of interest was obtained using digital image correlation (DIC) analysis. It was shown that there exists a close agreement between DIC results and in situ optical observations. The plastic anisotropy coefficients (R-values) were then calculated from the surface strains as a function of applied strain. For this purpose, through-thickness strain component was obtained assuming plastic incompressibility condition. Results showed that both micro samples revealed an anisotropic response during plastic deformation. At low plastic strains, the printed micro specimen exhibits a more anisotropic behavior than the monolithic micro specimen. As the deformation proceeds, the normal anisotropy coefficient increases for the additively-manufactured micro specimen and decreases for the hot-pressed micro specimen.

    Keywords: Acrylonitrile butadiene styrene (ABS), 3D-printing, compression molding, digital image correlation (DIC), Anisotropy
  • Sepide Nosrati, Esmaeil Poursaeidi *, Amin Dadashi Page 4

    The purpose of present paper is the experimental study of the effects of hydrogen embrittlement with residual stress on mechanical properties of GTD450 alloy. For this purpose, 0.5 M sulfuric acid solution was used to create one- and two-hour hydrogen embrittlement (two levels) and the indentation with a cylindrical surface was used to create a residual stress proportional to the force of 5 and 9 kN (two levels) in the specimens. Based on findings, changes in ductility and percentage of reduction area, compared to baseline conditions (no residual stress and hydrogen embrittlement) in the four test levels ranged from 42.69% to 74.68% and 11.78% to 39.58%, respectively. The results of statistical analysis also estimated the contribution of residual stress and hydrogen embrittlement in ductility as 1.15% and 67.05%, respectively. For the residual stress related to the 5 kN force, with increasing the hydrogen charging to two hours, the toughness value has decreased by 60.54%. It is also observed that the maximum changes made compared to the baseline conditions for yield stress are equivalent to 1.68% of the specimen with one hour hydrogen embrittlement and the residual stress generated by the 9kN force. Regarding the baseline conditions, necking is associated with 36% reduction area. However, when the specimen is charged for two hours, the failure occurs with minimal necking, low strain and a slight reduction area.

    Keywords: Hydrogen embrittlement, Residual stress, Mechanical Properties, Tensile Test, GTD450 steel
  • Hamed Ghoolipour, Faridreza Biglari *, Kamran Nikbin Page 5

    The present work, deals with the Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) micromechanics based damage model ‎to add the ability to predict and calculate damage under shear loads; and use it in modeling damage and failure ‎under shear dominated loading conditions. In the development of GTN model, since different damages have ‎different physical concepts and attenuation effects, so an independent shear damage parameter was presented as a ‎function of equivalent plastic strain of the matrix. The modified GTN damage model was implemented by ‎developing the VUMAT code in the Abaqus software environment. To use the GTN model developed in VUMAT ‎format for damage analysis, 16 input parameters of the model were determined for the material under study. ‎After developing the model, the code and determining the input parameters for it, the modified model was first ‎tested on a single element. The results of the developed model showed complete agreement with the results of the ‎basic GTN model and analytical solutions under tensile and shear loads, respectively. Finally, the developed model ‎was tested in shear loading on a shear sample. It was observed that the modified model under shear load ‎eliminates the weakness of the base GTN model and well predicts the occurrence of damage and weakening of the ‎mechanical properties of the material under the prevailing shear conditions.‎

    Keywords: Damage Mechanics, GTN model, Yield function, Shear damage
  • Mahdi Ansari, Seyed Mahdi Ganjiani *, Amin Lalegani Dezakia Page 6

    The theory of continuum damage mechanics with a phenomenological approach is used in predicting the phenomenon of material failure, and since each material has its own behavior, it is especially important to find out the damage behavior of common used metals. In this study, the constants of two damage models, Ganjiani and Bonora, for analyzing the elastoplastic damage behavior of several metals by writing VUMAT subroutine in Abaqus software, simulation and comparison with experimental data in literature, were determined and the ability and efficiency of models in the analysis of metals damage behavior was ensured. In finding the constants of the models, stress-strain, damage-strain and failures train-stress triaxiality diagrams were used and after the simulation, with the help of force-displacement diagram, which had a good agreement with the experimental diagram for each metal, the accuracy of the performance was confirmed. In general, the constants during a trial and error process were determined to be the optimal fit. The studied metals were steel 1045, aluminum 2024-T351and HY130 steel. For the first two metals, only simple tension test is simulated, and for HY130 steel a more general test, three point bending test, is simulated and the obtained force-displacement diagram was compared with the experimental diagram. Also, because the strains were in the range of large strains, the relationships related to large strains have been used.

    Keywords: Continuum Damage Mechanics, Stress triaxiality, Fracture strain, Elastoplastic behavior
  • Maisam Jalaly *, Amirhosein Naghizadeh, Hadi Khoramishad Page 7

    In this research, the effects of graphene oxide (GO) as an additive to Kevlar fabric impregnated with nanosilica/PEG shear thickening fluid (STF) on the ballistic performance were investigated. In order to understand the influence of STF, pull-out tests were accomplished to assess the friction between yarns. The energy absorption in the high-impact ballistic test for the fabric impregnated with STF increased by 25.8% compared to that for the neat Kevlar fabric. This parameter for the fabric impregnated with STF-0.2 wt.% GO was 23.3% as compared with that of the neat fabric, demonstrating the deteriorating effect of graphene oxide additive. The results of the pull-up tests were in agreement with ballistic tests, meaning that the increase or decrease in the maximum forces in pull-up tests was followed by the increase or decrease in the energy absorption in ballistic tests. Compared to the sample impregnated with STF, adding graphene oxide causes the decrease in the maximum force in the pull-up test, resulting in a reduction in restriction of yarns movement, consequently facilitating their movement inside the fabric.

    Keywords: Shear thickening fluid, Graphene oxide, Kevlar, Ballistic
  • Mehrdad Mohammadi *, Abouzar Pirdayr, MohammadJavad Kazemzadeh Parsi, Majid Rajabi Page 8

    Bolt connections often loosen under environmental loading conditions and system vibrations, which can lead to disaster risks during its operation. In this study, the behavior of nonlinear vibrations of an aluminum single-lap joint has been studied analytically and experimentally. Accordingly, considering the effects of nonlinear behavior at the bole joint, a nonlinear two-degree of freedom model for this type of connection is proposed. Then, in order to determine the unknown parameters of the proposed model, the vibrational and dynamic properties of this structure have been estimated using experimental modal analysis and model updating method. Finally, the effect of amplitude of the excitation force and the preload force of the bolts on the dynamic behavior of these systems has been studied analytically. Examination of amplitude-frequency curves shows that reducing the preload force of the bolts reduces the natural frequency and also distorts the amplitude-frequency curve to the left side, which indicates the softening nonlinear behavior of the system with decreasing applied bolt preload force. In addition, the comparison of the theoretical and experimental natural frequencies shows that the proposed model predicts the vibrational characteristics of these systems with a good accuracy and using the proposed model can study the dynamic behavior of these systems for different parameters.

    Keywords: Vibration of screw connections, model of two degrees of freedom, model update, luminous worm algorithm, frequency response curve
  • Mohammadreza Kargar Daroonkolaee, Seyed Hadi Ghaderi * Page 9

    In sheet metal forming, thickness stress may affect the formability of sheet metal. In this paper, effect of through-thickness pressure stress on the formability of aluminum alloy AA6022-T4 sheet is investigated based on crystal plasticity finite element analysis. A self-hardening behavior is considered for the strain hardening behavior of the slip systems. Further, for prediction of necking initiation and growth, maximum shear strain criterion is used for damage initiation and evolution. In order to implement the model in Abaqus finite element package, a VUMAT was developed based on the discretized equations and forward Euler integration scheme. After verification of the developed code, the parameters of the model were calibrated against the tensile test results. For simulating tensile test of 1 mm thick sheet, a representative volume of 3x1.5x0.5 mm3،was partitioned into 14790 grains through a python code in ABAQUS/CAE environment and then discretized using 50 μm tetrahedral linear elements. Using the experimental data available in literature and considering appropriate texture for the simulation domain, the crystal orientations were assigned through Euler angles. Then, tensile tests were performed on the sample in the presence of the thickness pressure stress. The results show that application of the through thickness stress increases the strain corresponding to the necking initiation and thus postpones necking. Correspondingly, a decrease in tensile load is observed in this case.

    Keywords: Crystal plasticity finite element method, VUMAT subroutine, Tensile Test, sheet metal formability, Through-thickness stress
  • Moein Taheri *, Mahdi Mirzaluo Page 10

    Breast cancer is one of the most important cancers in the field of medicine due to its high prevalence. Understanding the mechanical properties of cellular tissue, including the Young's modulus, and comparing the differences created after the onset of the disease, lead to the development of new methods in recognizing, controlling, and treating the disease. Nanomanipulation is one of the processes used in the field of nanotechnology, which explores the properties of cellular tissues by exploring the surface of biological particles and analyzing information in two different phases. Atomic force microscope is a tool used during this process that examines the properties of cellular tissue by measuring the tip of the probe with the cellular tissue during the movement of the cantilevers and by measuring the changes due to displacement and force. In this study, nanomanipulation of MCF-7 breast cancer cell was performed experimentally using atomic force microscope with the aim of finding the Young modulus of cell tissue. After extracting the experimental results, modeling and calculating the critical force and time by considering different contact models including Hertz contact model, PT and COS, has been done. According to the comparison of experimental and simulation results, the Young's modulus of MCF-7 breast cancer cell was obtained in the range of 800 Pa. Also, the COS contact model was more in line with the experimental results.

    Keywords: MCF-7 breast cancer, Nanomanipulation, contact models, Young', s modulus, AFM
  • Hamidreza Fahimi, Abolghasem Naghash * Page 11

    This paper is an attempt to integrate computer vision techniques and MAV guidance to design and optimize an automated mission performed by a light MAV such that automating the mission becomes reasonably more efficient than performing it manually. A system is provided for warehouse management using an MAV equipped with a front camera. Computer vision algorithms makes it possible for the MAV to locate packages, verify the presence or absence of a specified package and list the entire warehouse inventory in a short time. An innovative method is provided to detect shelves and their packages by the camera image, which enables the system to instantly plan the shortest path for the MAV while performing a shelf inventory listing. Then, following the planned path completes the mission faster than conventional guidance methods. The guidance algorithm is designed such that the efficiency of automatic operations compared to human operations is significantly increased. The system is first simulated and then implemented and the test output data is provided. The tests indicate the success of the system in securing automated operations, while decreasing mission time.

    Keywords: Computer Vision, Micro Aerial Vehicle, Visual Guidance, Warehouse Robot, Path Optimization
  • Amirhossein Ghasemikaram, Abbas Mazidi *, S. Ahmad Fazelzadeh Haghighi Page 12

    In this paper, the aeroelastic model of a 3-D box wing configuration is derived using a semi-analytical approach and its aeroelastic behavior is studied. Modeling and aeroelastic analysis of box wings were carried out in previous published papers by 2-D models or professional software. Here, the box wing structure is considered as two front and rear wings connected by a winglet and plunge and pitch motions are considered for each wing. The winglet is modeled by two longitudinal and torsional linear springs. The governing equations are extracted via Hamilton's variational principle. In order to apply the aerodynamic force and moment, Wagner unsteady model is considered. For the purpose of model validation, the box wing flutter speed and frequency are compared with MSC NASTRAN software results and good agreement is reported. The effects of different design parameters such as sweep angles and the winglet rigidity on the stability boundary are investigated. The results reveal that increasing the sweep angles and the chord ratio enhances the flutter speed, remarkably. Furthermore, increasing the torsional rigidity of the winglet is more significant than the longitudinal rigidity on the BWA stability boundary.

    Keywords: Flutter, Box Wing, Wagner, unsteady model
  • Majid Mokhtari, Mostafa Taghizadeh *, Mahmood Mazare Page 13

    The Creation of reference trajectories and the ability to track them in the presence of disturbances and uncertainties are important issues in investigating the exoskeleton performance. One of the methods of trajectory planning is the central pattern generation algorithm. This algorithm will behave in a limit cycle and the temporal disturbances have quickly removed the system and create harmonious trajectories. In this paper, for the creation of reference trajectories of each joint, a combination of seven modified Hopfield oscillators is used which provides the ability to change the frequency and domain of walking. Online modification of robot joint reference trajectories is done by using the feedback error signal between desired zero momentum point and zero momentum point of the robot at any moment. In order to cope with the disturbances and uncertainty with the uncertain domain and achieve maximum efficiency in tracking robot reference trajectories, an adaptive dynamic fast terminal sliding mode controller is used due to the elimination of chattering phenomena, and finite-time convergence. Also, by moving the Upper link the maximum stability of the robot based on zero momentum point criterion is guaranteed. To achieve maximum performance, controller parameters, oscillator coefficients, and connections between them are optimized. Finally, the performance of the proposed method is compared with a sliding mode controller. The results demonstrate the superiority of the proposed method.

    Keywords: Exoskeleton, adaptive dynamic fast terminal sliding mode controller, Central pattern generation, Hopfield oscillator, Zero momentum point stability theory
  • Maziyar Daghighi, Ali Rahmani Hanzaki *, Majid Shahgholi, Saeed Bab Page 14

    Nowadays, the use of wind as one of the main sources of low carbon and renewable energy is expanding rapidly all around the world. Recently, with the development of wind farms and the consequent increase in the size of wind turbines, their maintenance has become more difficult. Therefore, researchers have deeply focused on the analysis and the control of their vibration. In this study, a wind turbine blade with a type of nonlinear absorber, called highly efficient nonlinear energy sink is analyzed, and the interaction between the heavy and long blade and the nonlinear energy sink (NES), under the influence of gravity in the vertical plane and wind force varying periodically due to height dependence is examined. For this purpose, the equations of motion for the blade connected to the NES are extracted using the energy method and solved numerically. Finally, the sensitivity of the parameters affecting the performance of the NES is analyzed and the performance of the system under rotation of the standalone blade and also the rotation of the blade in the presence of the optimal NES is studied.

    Keywords: Wind turbine, Blade, Mechanical vibration, Nonlinear Energy Sink
  • Hosein Lexian *, Reza Arab Page 15

    Cylindrical shells are used tremendously in many engineering fields such as ships, submarines and fuel tank in airplanes. Stiffeners which are beam elements are used for increasing stiffenes of shells. In many cases shells are exposed to dynamic loads. One of dynamic loads in shells is internal moving pressure. Analysis of cylindrical stiffened shells under moving internal pressure are investigated in this research. Equations of motion are based on classic shell theory and derived from Hamilton’s method. Boundary conditions is assumed simply support. Displacement components are assumed Fourie double series based on boundary conditions. Equations of motions are solved by Galerkin weighted functions method for calculation of natural frequency and dynamic response of cylindrical shells under moving internal pressure. Codes in Fortran are used to derive natural frequency and dynamic response of cylindrical shells. Results are compared with other references and Abaqus software. The effect of geometrical parameters on natural frequency and dynamic response of cylindrical shells under moving internal pressure are investigated finally and results for stiffened shells and unstiffened shells with different stiffeners are compared.

    Keywords: Cylindrical Shells, Ring, stringer stiffeners, free vibration, Dynamic analysis, Moving internal pressure