فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و چهارم شماره 4 (تیر 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/03/07
  • تعداد عناوین: 12
|
  • علی سلطانی*، امیرحسین وحیدی بجستانی، محمد گوهرخواه صفحه 1

    حمل مایع توسط پهپاد امری ضروری در انجام خودکار ماموریت هایی نظیر اطفا حریق و سم پاشی مزارع است. از طرفی، تلاطم گذرا و باقی مانده ی مایع در حین جابه جایی و پس از آن، می تواند موجب ایجاد ناپایداری، افزایش خطای موقعیت، افزایش تلاش کنترلی و ایجاد خطر و آسیب در صورت اشتعال پذیری مایع، بشود. بنابراین، در این پژوهش کنترل کوادروتور حامل مایع مورد مطالعه قرار گرفته است و کنترل کننده ای ارایه شده است که بر خلاف مطالعات پیشین، بدون نیاز به اندازه گیری یا تخمین حالات مایع می تواند پایداری کوادروتور را در انتقال نقطه به نقطه فراهم نماید. بدین منظور، ابتدا یک کنترل کننده با خطی سازی معادلات حرکت کوادروتور حامل مایع و فرض صلب بودن مایع از طریق جایگذاری مناسب قطب ها طراحی شده است. از طرفی، برای این که رفتار سیستم مشابه رفتار مدل طراحی باشد و پایداری سیستم حفظ شود، باید تلاطم مایع تا حد امکان کاهش یابد. برای این منظور، از یک هموارساز فرمان که بر اساس فرکانس های طبیعی مودهای تلاطم مایع طراحی شده است، بهره برده شده است. توانایی سیستم کنترلی ارایه شده توسط شبیه سازی بررسی، تایید و با مرجعی مشابه مقایسه گردیده است. هم چنین، نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد استفاده از هموارساز فرمان طراحی شده می تواند دامنه ی تلاطم مایع، انحراف حالات سیستم نسبت به حالت تعادل و تلاش کنترلی را به طور قابل توجهی کاهش دهد.

    کلیدواژگان: کوادروتور، تلاطم مایع، انتقال نقطه به نقطه، جایگذاری قطب، هموارساز فرمان
  • حسین شمس اللهی، فاطمه رکابی، فرزاد آیت الله زاده شیرازی*، محمدجعفر صدیق صفحه 2

    در سال های اخیر، پهپادهای بدون سرنشین به علت سرعت و قابلیت مانور بیشتر نسبت به وسایل نقلیه زمینی در زمینه های صنعتی و تحقیقاتی محبوبیت زیادی به دست آورده اند. پژوهش حاضر به سیستمی مرکب از یک کوادروتور و یک بازوی رباتیک سری می-پردازد. در این مقاله هدف ارایه ی یک الگوریتم تخمین-کنترل برای دستیابی به ردیابی مسیر برای کوادروتور و مجری نهایی است. به این منظور ابتدا سینماتیک و دینامیک کوادروتور با استفاده از کواترنیون و معادلات نیوتون-اویلر استخراج می شود. سپس یک بازوی رباتیک سه درجه آزادی که به زیر کوادروتور متصل می شود در نظر گرفته شده و معادلات آن با استفاده از الگوریتم بازگشتی نیوتون-اویلر نوشته می شود. به منظور کنترل کوادروتور از دو حلقه ی داخلی و خارجی، به ترتیب برای جهت گیری کوادروتور و موقعیت آن استفاده می شود. گشتاور وارد به کوادروتور ناشی از حرکت بازوی رباتیک یا اعمال نیرو به آن توسط یک فیلتر کالمن تخمین زده شده و به حلقه ی کنترل داخلی کوادروتور داده می شود. همچنین نیروی وارد به کوادروتور ناشی از عملکرد بازو نیز تخمین زده شده و توسط حلقه ی خارجی جبران می شود. برای ردیابی مسیر توسط مجری نهایی بازو از یک الگوریتم سینماتیک معکوس استفاده شده است. سیستم مرکب شامل کوادروتور و بازو به منظور اطمینان از صحت عملکرد با انجام ماموریت ای مختلف شبیه سازی می شود. نتایج شبیه سازی با یک پژوهش قبلی مقایسه می شود که نشان دهنده ی بهبود عملکرد الگوریتم ارایه شده است.

    کلیدواژگان: کوادروتور مجهز به بازوی رباتیک، حمل و نقل هوایی بار، ربات هوایی، تخمین اغتشاش
  • عباس سلطانی*، میلاد آریان فرد صفحه 3

    در این مقاله، یک کنترل کننده مود لغزشی تطبیقی با بهره های متغیر به منظور مقابله بهتر با نامعینی ها برای سیستم کنترل موقعیت در یک کلاچ الکترومکانیکی جهت به کارگیری در انتقال قدرت دستی خودکار شده طراحی می شود. از آنجا که در وضعیت رانندگی های طولانی، سیستم های انتقال قدرت در معرض تغییر در پارامترها مانند تغییر در ضریب اصطکاک صفحه کلاچ و سفتی فنر دیافراگمی کلاچ قرار می گیرند، یک روش کنترلی مقاوم جهت تضمین پایداری سیستم و غلبه بر نامعینی ها و اغتشاش ها لازم می باشد. از آنجایی که اکثر متغیرهای دینامیکی سیستم انتقال قدرت مانند سرعت و شتاب بلبرینگ رهاسازی کلاچ به صورت مقرون به-صرفه قابل اندازه گیری نیستند، یک تخمین گر غیرخطی بر پایه فیلتر کالمن آنسنتد جهت تخمین متغیرهای حالت سیستم طراحی شده است. همچنین، یک مدل غیرخطی عملگر الکترومکانیکی برای سیستم کلاچ خودکار ارایه می شود. این مدل با نتایج حاصل از شبیه سازی مدل ساخته شده در نرم افزار آدامز و همچنین نتایج تست آزمایشگاهی صحه گذاری شده است. شبیه سازی های مختلف کامپیوتری از چندین ورودی مرجع جابجایی بلبرینگ کلاچ، جهت ارزیابی عملکرد کنترل کننده و تخمین گر در نرم افزار متلب انجام می شود. جهت ارزیابی عملکرد سیستم کنترلی پیشنهادی، از کمیت جذر میانگین مربعات خطای ردیابی موقعیت در دو سیستم به ازای مقادیر مختلف نامعینی 10 و 20 درصد، استفاده شده است. نتایج نحلیل، نشانگر کارآیی بالاتر کنترل کننده مود لغزشی تطبیقی طراحی شده در بهبود جذر میانگین مربعات خطای ردیابی موقعیت در مقایسه با کنترل کننده مود لغزشی مرسوم می باشد.

    کلیدواژگان: کلاچ خودکار، عملگر، کنترل مود لغزشی، تخمین گر، فیلتر کالمن آنسنتد
  • معین طاهری* صفحه 4

    جابه جایی ذرات در ابعاد نانو، بهبود خواص، مطالعات بر روی بافت های سلولی از جمله کاربردهای فرآیند نانومنیپولیشن می باشد. تمامی این کاربردها با ابزار کارآمدی به نام میکروسکوپ نیروی اتمی انجام می شود. به طور کلی، با تماس سوزن و بافت سلولی مورد نظر و با اعمال نیرو بر تیرک میکروسکوپ نیروی اتمی فرآیند منیپولیشن آغاز می گردد. افزایش میزان نیرو تا زمان غلبه بر نیروهای مقاوم همچون اصطکاک ادامه خواهد یافت. در این هنگام نیرو و زمان بحرانی ثبت می شود. بررسی تمامی عوامل محیطی و هندسی و حذف پارامترهای غیرضروری، سبب دست یافتن به اطلاعات دقیق تر در حوزه ی مطالعاتی سرطان خواهد شد. لذا در این مقاله بافت سرطانی روده ی بزرگ مورد مطالعه قرار گرفته است. پارامتر مهم مورد ارزیابی در این تحقیق، نیرو و زمان بحرانی با توجه به مدل های اصطکاکی مختلف و به منظور کاهش آسیب به بافت سرطانی می باشد. آزمایش های تجربی بر روی بافت سرطانی روده ی بزرگ با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی صورت پذیرفته است. مدل های اصطکاکی لاگره، کولمب و اچ کا در شبیه سازی های انجام شده، به کار برده شده اند. در نهایت با مقایسه ی نمودار برآیند نیروها و با در نظر گرفتن مدل های اصطکاکی مختلف، در منیپولیشن سه بعدی، بیش ترین مقدار نیرو و زمان بحرانی منیپولیشن بافت سرطانی روده ی بزرگ، برای مدل اصطکاکی کولمب و کم ترین مقدار برای مدل اصطکاکی لاگره ثبت شده است.

    کلیدواژگان: بافت سرطانی روده ی بزرگ، مدل اصطکاکی، نیرو و زمان بحرانی، نانومنیپولیشن، میکروسکوپ نیروی اتمی
  • محمدعلی فارسی*، علیرضا علیخانی، میلاد نعمتی صفحه 5

    سیستم های ناوبری اینرسی یکی از اجزای اصلی در سامانه های ناوبری تجهیزات پیشرفته نظیر پهپاد و ماهواره برها هستند. لذا قابلیت اطمینان آنها برای دستیابی به موفقیت سیستم بسیار مهم است. برای افزایش قابلیت اطمینان ضمن توسعه سنسورهای پیشرفته، موضوع چیدمان سنسورها و آرایش آنها و استفاده از افزونگی و آشکارسازی خطا نیز باید بررسی شود. در این مقاله، چیدمان های مختلف سنسورها و قابلیت اطمینان واحد آشکارساز و تشخیص خطای یک سیستم ناوبری اینرسی مورد ارزیابی قرارگرفته است. ابتدا طراحی سیستم ناوبری از منظر جانمایی حسگرها، سپس واحد آشکارساز و تشخیص خطا برمبنای حسگرهای مازاد تحلیل شده است. قابلیت اطمینان کل سیستم با استفاده از روش بلوک دیاگرام و توزیع نمایی محاسبه شده است. قابلیت اطمینان واحد آشکارساز با استفاده از روش مونت کارلو محاسبه شده است وتحلیل حساسیت به نویز نیز انجام شده است و نتایج بیانگر وابستگی قابلیت اطمینان به نویز است. به دلیل این که قابلیت اطمینان این سیستم تابعی از مقادیر آستانه آشکارسازی و تشخیص خطا می باشد، مقادیر بهینه آستانه آشکارسازی و تشخیص با استفاده از دو روش تکراری و تخمین حداقل مربعات غیرخطی به دست آمده است.

    کلیدواژگان: حسگر اینرسی، شبیه سازی مونت کارلو، قابلیت اطمینان، واحد آشکارساز و تشخیص خطا
  • محمد ارحامی، حمید معین فرد* صفحه 6

    در این پژوهش، رفتار دینامیکی میکرو المان منعطف موازی تحت بار انتهایی، مورد بررسی قرار می گیرد. ابتدا با تیوری گرادیان کرنشی اصلاح یافته و به کمک مدل قیدی تیر، انرژی کرنشی یک میکرو تیر منعطف، برحسب مولفه های جابجایی انتهای تیر بدست آمده، و از آن برای تعیین انرژی کرنشی المان منعطف موازی استفاده می شود. در ادامه، با روش لاگرانژ، مدل دینامیکی میکرو المان منعطف استخراج شده و حول نقطه تعادل، خطی سازی می گردد. سپس محدوده مجاز برای اعمال نیروهای استاتیکی به سکوی حرکتی، به نحوی که هم تیوری مورد استفاده از دقت کافی برخوردار باشد، و هم پایداری دینامیکی سیستم تحت اغتشاشات دینامیکی کوچک خدشه دار نشود، مشخص می گردد. نتایج بدست آمده حاکی از این است که تیوری الاستیسیته کلاسیک، سخت گیری بیش از حدی برای مشخص کردن دقیق ناحیه پایداری مکانیزم دارد. همچنین فرکانس های طبیعی سیستم نیز استخراج شده و اثر ابعاد و مولفه های استاتیکی نیرو بر آن ها، مورد مطالعه قرار گرفته است. مشاهده می شود که با کاهش ابعاد، فرکانس طبیعی بی بعد عرضی سیستم افزایش می یابد، اما فرکانس طبیعی بی بعد طولی سیستم، به دلیل عدم وجود گرادیان کرنش در مد طولی، ثابت می ماند. همچنین مشاهده شد که نیروی استاتیکی کششی باعث افزایش، و نیروی استاتیکی خمشی باعث کاهش فرکانس های طبیعی سیستم می شوند. البته در حالتی که هیچ نیروی عرضی بر سیستم اعمال نشود، بار کششی یا فشاری تغییری در فرکانس های طبیعی سیستم ایجاد نمی کند.

    کلیدواژگان: المان منعطف موازی، مدل قیدی تیر، تحلیل دینامیکی، تئوری گرادیان کرنشی، تحلیل پایداری
  • رضا بیگ پور، حسن شکراللهی*، سید محمدرضا خلیلی صفحه 7

    در این پژوهش رفتار فشاری هسته های شانه تخم مرغ مقوایی که به عنوان لایه میانی با سه نوع چیدمان متفاوت در ساخت سازه ساندویچی زیست تخریب پذیر متشکل از لایه های بیرونی کامپوزیتی از جنس ماده ترکیبی پلی لاکتیک اسید/کنف-کتان استفاده می گردد، به صورت تجربی و عددی مورد مطالعه و بررسی قرارگرفته است. ویژگی مهم هسته این سازه سازگاری آن با محیط زیست (زیست تخریب پذیر بودن آن) است، خواص مواد این توسط تست های شبه استاتیکی فشاری و کشش مورد مطالعه قرار گرفت. با توجه به خصوصیت هایی همچون استحکام، خواص مکانیکی و عایق بندی اکوستیک بسیار مناسب، شانه های تخم مرغ به عنوان لایه ی میانی سازه های ساندویچی زیست تخریب پذیر انتخاب شده است. این سازه نسبت به فشار بسیار مقاوم بوده و انرژی زیادی را برای فشرده سازی هسته به خود جذب کرده است. مکانیزم خرابی در این لایه میانی، خرد شدن یا له شدن لبه های بیرونی و خانه های مورد تماس با لبه های بیرونی می باشد. افزایش ضخامت شانه های تخم مرغ، تاثیر مستقیمی بر خواص فشرده سازی سازه داشته و با دو برابر کردن ضخامت لایه ها، مقدار انرژی جذب شده توسط هسته سازه بیش از 110% افزایش یافته است. در بین انواع چیدمان لایه میانی، هسته از نوع شانه های تخم مرغ سری (دو شانه تخم مرغ در هم)، نسبت به سایر هسته ها به صورت میانگین 32% سفتی، 64% انرژی جذب شده و 59% استحکام بیشتری از خود نشان می دهد.

    کلیدواژگان: سازه ساندویچی، زیست تخریب پذیر، فشار، روش تجربی، هسته شانه تخم مرغی
  • محمد ضیافت دوست عابد، حسام روحی* صفحه 8

    در این مطالعه، کمانش ورق های نانوکامپوزیتی متخلخل مدرج تابعی تقویت شده با نانوتراشه های گرافنی در اشکال هندسی مستطیلی، مثلثی و بیضوی بر روی بستر الاستیک در شرایط مرزی مختلف مورد تحلیل قرار گرفته است. از تیوری ورق مرتبه اول برشی برای مدلسازی ورق و مدل وینکلر-پاسترناک برای مدلسازی بستر الاستیک استفاده می شود. سه نوع الگوی توزیع نانوتراشه گرافنی و سه نوع توزیع تخلخل در راستای ضخامت برای ورق نانوکامپوزیتی در نظر گرفته می شود. خواص موثر مادی با استفاده از یک مدل میکرومکانیکی بدست می آیند. با نوشتن فانکشنال انرژی سیستم و بکارگیری روش پی ریتز، اثرات ضریب تخلخل، درصد وزنی نانوتراشه های گرافنی، پارامترهای بستر الاستیک و همچنین نسبت طول به عرض و ضخامت ورق بر بار های بحرانی کمانش مورد تحلیل قرار می گیرد. نشان داده شده است که ورق با الگوی توزیع تخلخل غیر یکنواخت و متقارن نوع اول و چیدمان نوع اول به جهت تمرکز بیشتر نانو تراشه های گرافن بر روی سطوح بالا و پایین ورق و افزایش سفتی ورق، دارای بیشترین بار بحرانی کمانش است. همچنین بیشترین بار بحرانی کمانش مربوط به بارگذاری برشی و کمترین مقادیر مربوط به بارگذاری دو محوری می باشد. با افزایش ضریب تخلخل، بار بحرانی کمانش ورق برای تمامی الگوهای توزیع نانوتراشه های گرافنی کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: کمانش ورق، ورق های نانوکامپوزیتی متخلخل، تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول، روش پی-ریتز
  • روزبه قنادی آذر، محمدصادق اقارب پرست، محمد آزادی* صفحه 9

    پدیده خستگی سایشی زمانی رخ می دهد که تنش های تماسی باعث شکل گیری و در ادامه رشد ترک بین دو جسم یا سطوح در حال تماس شود. با در نظر گرفتن سایش های اصطکاکی و بارگذاری های متناوب مکانیکی امکان رخ دادن پدیده خستگی سایشی در قطعات موتور خودرو وجود دارد. با توجه به وجود بارگذاری های سیکلی و وجود سایش در سرسیلندر خودرو احتمال وقوع پدیده خستگی سایشی را افزایشی می دهد در این پژوهش، تاثیر روانکاری و نیروی سایشی بر رفتار خستگی سایشی آلیاژ آلومینیوم سرسیلندر، مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین نتایج برای مقایسه نمونه های با و بدون ذرات نانو بدست آمده است. بررسی ریزساختار و سطح شکست توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شده است. نتایج نشان داد که اعمال روانکاری و کاهش نیروی سایشی سبب بهبود عمر خستگی سایشی آلیاژ آلومینیوم سرسیلندر شده است. همچنین، با توجه به نتایج بدست آمده از نمودار، تاثیر روغن و کاهش نیروی سایشی، عمر نمونه های تقویت شده 7 و برای نمونه های سرسیلندر 7000 برابر در مقایسه با عمر نمونه های آلومینیومی بدون روانکار و در نیروی سایشی 15 نیوتن، شده است.

    کلیدواژگان: خستگی سایشی، روانکاری با روغن، آلیاژ آلومینیوم سرسیلندر، نانو ذرات خاک رس
  • نسیم نایب پاشایی*، سید محمدمهدی هادوی صفحه 10

    نانوسیالات که از توزیع ذرات با ابعاد نانو در سیال پایه حاصل می شوند، نسل جدیدی از سیالات با پتانسیل بسیار بالا در کاردبرد های صنعتی هستند. در این پژوهش، تاثیر دما و غلظت نانوذرات متشکل از نانوذرات آلومینا و نانوصفحات گرافن بر رفتار ریولوژیکی سیال پایه متشکل از آب و اتیلن گلیکول مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین به میزان 2/0 درصد حجمی اولییک اسید (OA) و 2/0درصد وزنی سدیم دودسیل سولفونات (SDS) به عنوان ماده فعال سطحی برای تثبیت و پراکندگی نانوذرات به سیال پایه اضافه شدند. کسرحجمی نانوذرات 05/0، 1/0، 5/0، 1، 5/1، 2 و 5/2 درصد حجمی و دماهای مورد آزمایش در بازه دمایی 293-263 کلوین انتخاب شد. بررسی مورفولوژی و ریزساختار نانوذرات توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) انجام شد. تشخیص فازهای نانوذرات به وسیله آنالیز تفرق اشعه ایکس (XRD) انجام شد. همچنین مساحت ویژه و تخلخل نانوذرات از طریق آنالیز BET تعیین شد. ویسکوزیته نانوسیالات هیبریدی اندازه گیری و با سیال پایه مقایسه شد. نتایج نشان داد که خصوصیات ریولوژیکی نانوسیال هیبریدی آب - اتیلن گلیکول / نانو گرافن - نانو آلومینا خصوصا در دماهای زیر صفر به شدت به دما و غلظت نانوذرات وابسته است. نتایج ویسکوزیته دینامیکی نشان داد که نمونه های نانوسیال هیبریدی با کسرهای حجمی جامد کمتر از 5/0% رفتار نیوتنی داشتند، در حالی که نمونه های با کسرهای حجمی جامد بالاتر رفتار غیر نیوتنی shear thinning را نشان می دهند.

    کلیدواژگان: نانوسیال هیبریدی، اتیلن گلیکول، ویسکوزیته، نانو ذرات آلومینا، نانوصفحات گرافن
  • ناصر عباسی، محمدرضا رازفر*، سید مهدی رضاعی، خسرو معدنی پور، محسن خواجه زاده صفحه 11

    مقاله حاضر به مطالعه کندگی شیشه با پلاسمای القای لیزری و تاثیر میدان مغناطیسی بر این فرآیند اختصاص یافته است. در آزمایش ها، از لیزر پالسی نانوثانیه با طول موج nm 532، ورق مسی با ضخامت mm 2 به عنوان بستر فلزی و از دو آهنربای دایمی نیودیمی با شدت G 4500 تا G 4800 جهت اعمال میدان مغناطیسی برای سوراخکاری و ایجاد کندگی روی شیشه لام آزمایشگاهی استفاده شد. شاریدگی لیزر در چهار سطح 1، 5/1، 3 و 5/3 [J/cm2] انتخاب گردید و مشخصات حفره های روی سطح شیشه که با تابش 50 پالس لیزر ایجاد شد، از نظر ابعادی و ریخت شناسی بررسی گردید. در آزمایش ها مشاهده شد که با اعمال میدان مغناطیسی، حجم ماده برداشته شده از سطح شیشه در شاریدگی های پایین حدودا 2 تا 4/2 برابر و در شاریدگی های بالا 31 تا 35 برابر افزایش می یابد. در غیاب میدان مغناطیسی برای سطوح مختلف شاریدگی عمق از 6/1 تا 32 میکرون و قطر از 10 تا 100 میکرون و در حضور آن، عمق از 3 تا 76 میکرون و قطر از 11 تا 380 میکرون تغییر یافت. یعنی در حضور میدان عمق تا 230 درصد و قطر تا 320 درصد افزایش می یابد. رسوب ذرات روی شیشه در غیاب میدان مغناطیسی در اطراف حفره یکنواخت پخش شده ولی در حضور آن، رسوب مواد با تراکم و پیوستگی بالاتر در یک طرف حفره اتفاق می افتد.

    کلیدواژگان: لیزر، شیشه، کندگی، سوراخکاری، پلاسمای القای لیزری
  • سهیلا سجودی، علی باستی*، سیدرضا فلاحتگر، سیده مریم میرفلاح نصیری صفحه 12

    نمودار حد شکل دهی معیاری جهت پیش بینی وقوع گلویی به منظور طراحی بهینه در محصولات فلزی است. در این مقاله از تیوری ناپایداری مارسینیاک-کوزینسکی جهت تعیین حد شکل دهی ورق آلومینیوم 43T-6111AA استفاده شده است. همچنین معیارهای تسلیم ناهمسانگرد هیل48، Gotoh و d2-2000Yld برای توصیف رفتار تسلیم آلیاژ مورد بررسی قرار می گیرند و پارامترهای ثابت این توابع با دردسترس بودن مقادیر حاصل از آزمون کشش تک محوره و تست بالج محاسبه می شوند. در نهایت، نمودارهای حد شکل دهی با بکارگیری توابع تسلیم مختلف و روابط کارسختی مناسب ترسیم و با نتایج تجربی در دسترس مقایسه می شوند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که کرنش های حدی حاصل از بکارگیری تابع تسلیم d2-2000Yld و مدل سخت شوندگی سوییفت مطابقت بهتری با نتایج تجربی دارند. از آنجا که در فرایندهای شکل دهی پیچیده، بندرت مسیر کرنش خطی است، بررسی نمودارهای حد شکل دهی با درنظر گرفتن مسیر کرنش های غیرخطی حایز اهمیت است. در فرایندهای شکل دهی چند مرحله ای، در حالیکه کرنش های حدی بشدت تحت تاثیر مسیر کرنش می باشند، نمودار حد تنش شکل دهی وابستگی کمتری به مسیر بارگذاری دارد. هرچند که وابستگی تنش های حدی به مسیر کمتر از کرنش های حدی است، ولی این نمودارها در مقادیر پیش کرنش بالا کاملا مستقل از مسیر بارگذاری نیستند و این وابستگی تنش های حدی به مسیر کرنش علاوه برمقدار پیش کرنش به روابط کارسختی و معیار تسلیم بکارگرفته شده نیز بستگی دارد که این موضوع در این مقاله با جزییات مورد بررسی قرار می گیرد.

    کلیدواژگان: نمودار حد شکل دهی، توابع تسلیم مختلف، مسیر کرنش غیرخطی، نمودار حد تنش شکل دهی، مستقل از مسیربارگذاری
|
  • Ali Soltani *, Amirhusain Vahidi Bajestani, Mohammad Goharkhah Page 1

    Liquid transport by UAVs is a necessary task in autonomous firefighting and field spraying missions. On the other hand, transient and residual sloshing of the liquid during and after the movement can cause instability, increase position error and control effort and create danger or damage if the liquid is flammable. Therefore, in this study, control of a liquid carrier quadrotor has been studied and a controller has been presented that, unlike previous studies, can provide stability in point-to-point transmission without the need to measure or estimate liquid states. For this purpose, a controller is first designed by linearizing the equations of motion of the system and assuming the liquid is rigid via pole placement. On the other hand, in order for the behavior of the system to be similar to the behavior of the design model and to maintain the stability of the system, the liquid sloshing must be reduced as much as possible. Therefore, a command smoother based on the natural frequencies of the liquid sloshing modes is used. The ability of the proposed control system has been investigated, validated and compared with a similar study by simulation. Also, the simulation results show that implementation of the designed command smoother can significantly reduce the amplitude of liquid sloshing, the deviation of the system states from the equilibrium state and the control effort.

    Keywords: Quadrotor, Point to point transport, Pole placement, Command smoother
  • Hossein Shamsollahi, Fateme Rekabi, Farzad A. Shirazi *, Mohammad J. Sadigh Page 2

    In recent years, unmanned aerial vehicles (UAVs) have become popular in many countries in the industrial and scientific research fields because of their high speed and maneuverability. This research investigates a compound system consisting of a quadrotor and a series robotic manipulator. Joining of these two systems aims at utilizing the agility and flexibility of multi-rotor UAVs and dexterity of robotic arms. This configuration makes UAVs able to perform more complicated tasks. First, kinematics and dynamics of quadrotor are presented using quaternion and Newton-Euler equations. Next, a 3-DOF robotic arm connected to the bottom of the quadrotor is considered and its kinematics and dynamics is derived using Newton-Euler recursive algorithm. In order to control the quadrotor, two inner-outer loops are used for its orientation and position, respectively. The torque resulted from arm operation or exerted force to its end-effector is estimated using Kalman filter and is fed into quadrotor inner control loop. For trajectory tracking of arm end-effector an inverse kinematic algorithm is used. The compound system including UAV and arm is simulated with different scenarios in order to verify its satisfactory performance.

    Keywords: Unmanned Aerial Manipulator, Aerial Manipulation, Aerial Robot, Disturbance Estimation
  • Abbas Soltani *, Milad Arianfard Page 3

    In this paper, an adaptive sliding mode controller (ASMC) with variable gains to cope the uncertainties is proposed for an electromechanical clutch position control system to apply in the automated manual transmission. Transmission systems undergo changes in parameters with respect to the wide range of driving condition, such as changing in friction coefficient of clutch disc and stiffness of diaphragm spring, hence, an adaptive robust control method is required to guarantee system stability and overcome the uncertainties and disturbances. As the majority of transmission dynamics variables cannot be measured in a cost-efficient way, a non-linear estimator based on unscented Kalman filter (UKF) is designed to estimate the state valuables of system. Also, a non-linear dynamic model of the electromechanical actuator is presented for the automated clutch system. The model is validated with experimental test results. Numerical simulation of a reference input for clutch bearing displacement is performed in computer simulation to evaluate the performance of ASMC controller and UKF estimator. To evaluate the performance of the proposed control system the root mean square( RMS) value of the position tracking error in the two systems for different uncertainties of 10 and 20% has been used. The results of the analysis indicate a higher efficiency of the ASMC designed to improve the RMS value of the position tracking error compared to the conventional SMC.

    Keywords: Automated Clutch, Actuator, Adaptive Sliding Mode Control, Estimator, Unscented Kalman Filter
  • Moein Taheri * Page 4

    Particle displacement in Nano-dimensions, improvement of properties, studies on cellular tissues are some of the applications of the nanomanipulation process. All of these applications are performed with an efficient tool called an atomic force microscopy. In general, the manipulation process begins with the contact of the probe and the desired cell tissue and with the application of force to the atomic force microscope. The increase in force will continue until it overcomes resistant forces such as friction. In this situation, the critical time and the critical force will be recorded. Examining all environmental and geometric factors and eliminating unnecessary parameters will lead to more accurate information in the field of cancer studies. Therefore, in this article, colon cancer tissue has been studied. The important parameter evaluated in this study is the critical force and time according to different friction models in order to reduce the damage to cancerous tissue. Experimental tests have been performed on colon cancer tissue using an atomic force microscope. LuGre, Coulomb and HK friction models are used in the simulations. Finally, by comparing the force outcome diagrams considering different friction models, in three-dimensional manipulation, the maximum amount of force and the critical time of manipulation of colon cancer tissue were recorded for the Coulomb friction model and the lowest value for the LuGre friction model.

    Keywords: Colon tissue cancer, critical force, time, friction models, Nanomanipulation, AFM
  • MohammadAli Farsi *, Alireza Alikhani, Milad Nemati Page 5

    Inertial navigation systems are one of the main components in advanced equipment navigation systems such as drones and satellites. Therefore, their reliability is very important for system mission success. To increase reliability while developing advanced sensors, the issue of sensor placement and arrangement, the use of redundancy, and error detection should also be considered. In this paper, different sensor configurations and reliability analysis of fault detection and isolation of an inertial navigation system are evaluated. First, the design of the navigation system is analyzed in terms of the location of the sensors, then the detection and fault detection unit based on the excess sensors. The reliability of the system is calculated based on exponential distribution and reliability block diagram, then the reliability fault detection unit is calculated using the Monte Carlo method. the sensitivity analysis has been performed and results show that the reliability depends on the noise value. Because the reliability of this system is a function of the fault detection and its threshold values, the optimal values for fault detection threshold are obtained using two iterative methods and estimating the minimum nonlinear squares.

    Keywords: Inertial sensor, Monte Carlo simulation, Reliability, Fault Detection, Isolation
  • Mohammad Arhami, Hamid Moeenfard * Page 6

    In this study, dynamic behavior of a micro scale parallelogram flexure under end load conditions is studied. To this end, by making use of the modified strain gradient elasticity along with the beam constraint model, the nonlinear strain energy of a single flexure beam and consequently a parallelogram flexure is derived in terms of its end displacements. Then, using the Lagrange equations, a dynamic model is presented for the parallelogram flexure. To enable the study of small amplitude oscillations around the operating point, the proposed dynamic model is linearized about the static equilibrium sate. Then the allowable regions for application of static axial and transverse forces, so that the utilized nonlinear theory is not violated and at the same time, the system remains stable, is found. Obtained results show that the classical theory underestimates the stability of the parallelogram flexure. Moreover, the natural frequencies and mode shapes of the system was also derived and their dependence to the length scale parameters and the static loading condition is analyzed. It is observed that with reducing the dimensions, or increasing the length scales, the difference between the predictions of the classical theory with that of the modified strain gradient theory is increased. Moreover, it is observed that increasing the transverse load leads to a decrease, while increasing the axial load, leads to an increase in natural frequencies.

    Keywords: Parallelogram flexure, Beam constraint model, Dynamic analysis, Strain gradient theory, Stability Analysis
  • Reza Beigpour, Hassan Shokrollahi *, Seyed MohammadReza Khalili Page 7

    In this study, the compression behavior of cardboard Egg Box cores with various stacking sequences used in sandwich structures are investigated both experimentally and numerically. A critical requirement of the design is that the structure is compatible with the environment (biodegradable), and its properties have been investigated through compression and tension testing. This study aims to investigate the bending characteristic of cardboard egg box to reduce the use of chemicals and get benefits of this shape in construction of biodegradable sandwich panels. Egg boxes were chosen as the core material for sandwich structures due to their mechanical strength, excellent insulation properties, and strength. Also, the core shape in various stacking sequences were model in ABAQUS FE code to simulate the behavior of the egg box core in bending. The results showed that the surrounding edges of the core crushed and the truncated top region compressed. The increase in thickness of the egg boxes directly affected the compression properties. By doubling the thickness of the layers, the amount of energy absorbed by the core increased by more than 110%. By comparison of various stacking sequence of the cores, the one with double layers of the egg boxes overlapped, showed an increase of 32% in stiffness, 64% in energy absorption, and 59% in strength.

    Keywords: Sandwich structure, biodegradable, Compression, Experimental study, Egg Box core
  • Mohammad Ziyafat Doust Abed, Hessam Rouhi * Page 8

    In this study, the buckling of functionally graded graphene platelet-reinforced porous nanocomposite plates with various shapes such as, rectangular, elliptical and triangular ones embedded in an elastic medium is analyzed. To mathematically model the considered plate and elastic foundation, the first-order shear deformation plate theory and the Winkler-Pasternak model are used, respectively. Three types of graphene nanoplatelet distribution and porous dispersion patterns through the thickness direction are considered for the nanocomposite plate. The effective material properties are obtained via a micromechanical model. By writing the energy functional of system and using the analytical P-Ritz method, the influences of porosity coefficient, weight fraction of graphene nanoplatelets, elastic foundation coefficients, and also the length-to-width and -thickness ratios on the critical buckling loads are analyzed. It is illustrated that the plate with non-uniform porosity distribution pattern of the first type and GPLA pattern due to the greater concentration of graphene nanoplatelets on the upper and lower surfaces of the plate and the increase in the stiffness of the plate, it has higher critical buckling load. Also, the maximum critical buckling load is related to shear loading and the minimum critical buckling load is related to biaxial buckling load. Also, by increasing the porosity coefficient, the critical buckling loads of the plate associated with all patterns of graphene nanoplatelets are reduced.

    Keywords: Buckling of plate, porous nanocomposite plates, First-order shear deformation theory, P-Ritz method
  • Roozbeh Ghanadi-Azar, MohammadSadegh Aghareb Parast, Mohammad Azadi * Page 9

    Fretting fatigue (fatigue-wear) occurs when contact stresses cause cracks to form and continue to grow between two objects or surfaces in contact. By considering frictional abrasions and intermittent mechanical loads, the phenomenon of fretting fatigue can occur in vehicle engine parts. The presence of cyclic loads and the presence of wear in the engine cylinder head increase the probability of the fretting fatigue phenomenon. In this study, the effect of lubrication and abrasion force on the fretting fatigue behavior of the cylinder head aluminum alloy has been investigated. The results were also obtained to compare samples with and without nanoparticles. Microstructure and fracture surface were also examined by light microscopy and scanning electron microscopy. The results showed that lubrication and reduction of abrasive force improved the wear fatigue lifetime of cylinder head aluminum alloy. In addition, according to the results obtained from the diagram, the effect of oil and reduction of abrasive force, the lifetime of reinforced specimens was 7 and for cylinder head specimens 7000 times compared to the lifetime of aluminum specimens without lubricant and at contact force of 15 N.

    Keywords: Fretting fatigue, Oil lubricating, Cylinder head aluminum alloy, Nano-clay-particles
  • Nasim Nayebpashaee *, Seyed MohamadMehdi Hadavi Page 10

    Nanofluids are a new generation of fluids with very high potential in industrial applications. In this study, the effect of temperature and concentration of nanoparticles consisting of Al2O3 nanoparticles and graphene nanoplates on the rheological behavior of the base fluid consisting of water and ethylene glycol was studied. Also, 0.2% vol. of oleic acid (OA) and 0.2% wt. of sodium dodecyl sulfonate (SDS) were added to the base fluid as a surfactant to stabilize and disperse the nanoparticles. The volume fraction of nanoparticles in this study was considered 0.05, 0.1, 0.5, 1, 1.5, 2 and 2.5% by volume and also to investigate the effect of temperature, the tested temperatures were selected in the temperature range of 263-293 K. The morphology and microstructure of the nanoparticles were investigated by SEM and TEM. Detection of phases in nanoparticles was performed by XRD analysis. Also, specific area and porosity of nanoparticles were determined by BET analysis. Dynamic viscosity of hybrid nanofluids was measured and compared with the base fluid. The results showed that the rheological properties of water-ethylene glycol/nano graphene-nano alumina hybrid nanofluid were highly dependent on temperature and nanoparticle concentration, especially at sub-zero temperatures. Dynamic viscosity results showed that hybrid nanofluid samples with solid volume fractions less than 0.5% Newtonian behavior, while samples with higher solid volume fractions showed non-Newtonian shear thinning behavior.

    Keywords: Hybrid nanofluid, Ethylene Glycol, viscosity, Alumina Nanoparticles, Graphene Nanoplates
  • Naser Abbasi, MohammadReza Razfar *, S.Mehdi Rezaei, Khosro Madanipour, Mohsen Khajehzadeh Page 11

    This paper summarizes the experimental investigation of glass drilling using laser-induced plasma-assisted ablation. In the experiments, a nanosecond pulsed laser with a wavelength of 532 nm as the laser source and copper with 2 mm thickness as the metal substrate are used, and two permanent neodymium magnets (4500-4800 G) are used to apply an external magnetic field to drill holes in the laboratory slide glass. The laser fluence was selected in 4 levels of 1, 1.5, 3 & 3.5 J/cm2 and the characteristics of the holes produced with 50 laser shots were examined in terms of dimensions and morphology. It was observed that by applying a magnetic field, the material removal rate increases about 2 to 2.4 times in the lower fluences and 31 to 35 times in the higher fluences. In the magnetic field absence for different laser fluence, the hole depth and diameter changed from 1.6 to 32 and 10 to 100 microns, and in its presence, they change from 3 to 76 and 11 to 380 microns, respectively. So the drilled hole depth and diameter increase up to 230% and 320% respectively, by applying a magnetic field. Metal deposition on glass in magnetic field absence is distributed symmetrically around the hole entrance, but in magnetic field presence, it occurs with high density and cohesion on one side of the hole.

    Keywords: Laser, Glass, Ablation, Drilling, Laser Induced Plasma
  • Soheila Sojodi, Ali Basti *, Seyed Reza Falahatgar, Seyedeh Maryam Mirfalah Nasiri Page 12

    Forming limit diagrams (FLD) are a criterion to predict the necking for constructing optimal design in metal products. In this paper, the Marciniak-Kuczynski instability theory is used to determine the forming limits of the AA6111-T43 sheet. Also, Hill 48, Gotoh, and Yld2000-2d yield criteria are investigated to describe the yield behavior of the alloy, and their coefficients are computed based on the results obtained from uniaxial and bulge tests. Finally, forming limit diagrams are plotted by employing different yield functions and appropriate hardening models. The comparison between theoretical and experimental results indicated that the limit strains obtained by Yld2000-2d criterion and Swift model are in better agreement with experimental data than others. Since in complex forming processes, the strain path is rarely linear, the investigation of the forming limit diagram by considering the nonlinear strain path is important. In multi stage forming processes, while the limit strains are significantly path dependent, the forming limit stress diagram (FLSD) is less dependent on the loading path. However the sensitivity of the FLSD to strain path is lower than FLD, the limit stresses in large pre-strain are not completely loading path independent. The sensitivity of the limit stresses to strain path in addition to the magnitude of the pre-strain, it also depends on the used hardening model and yield function that are examined in detail in this study.

    Keywords: Forming Limit Diagram, different yield functions, nonlinear strain path, forming limit stress diagram, loading path independent