فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و چهارم شماره 10 (دی 1401)

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و چهارم شماره 10 (دی 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/10/19
  • تعداد عناوین: 12
|
  • امید کوچکیان فرد، اکبر علی بیگلو* صفحه 1

    در این پژوهش، ارتعاشات وابسته به اندازه تیرهای نانومقیاس که به صورت هم زمان دارای حرکات طولی و چرخشی هستند، براساس تیوری غیرمحلی ارینگن تحلیل شده است. همچنین، برای اولین بار، یک مطالعه پارامتریک برای توضیح اثرات سطحی، مشخصات بسترهای ویسکوالاستیک-پاسترناک، ویژگی های هندسی، بارهای حرارتی، سطح مقطع های متقارن و نامتقارن، نیروهای محوری و پیرو بر دینامیک و پایداری سیستم بررسی شده است. ابتدا معادلات دینامیکی سیستم با به کارگیری اصل همیلتون استخراج می شوند. سپس با کمک روش گسسته سازی گالرکین، فرکانس های طبیعی سیستم تعیین می شوند. برای اطمینان از صحت مدل و روش حل ارایه شده، نتایج پژوهش حاضر با نتایج مقالات منتشرشده مقایسه و اعتبارسنجی شدند. نقشه های پایداری و دیاگرام کمپل به ازای شرایط مختلف کاری رسم شدند. نتایج نشان دادند که با افزایش مدول الاستیسیته و تنش پسماند سطحی، فرکانس های ارتعاشاتی و آستانه ناپایداری دینامیکی سیستم افزایش می یابند. همچنین، با افزایش ضخامت/طول سیستم، سرعت محوری ناپایداری استاتیکی کاهش/افزایش می یابد. ضمنا، مشاهده شده است که برعکس اثرات غیرمحلیت، با افزایش ضرایب الاستیک و برشی بستر عملکرد سیستم بهبود می یابد. نتایج تحقیق حاضر کمک قابل توجهی به طراحان و مهندسان در کنترل ارتعاشات نانوسازه های بایژیروسکوپیک خواهند کرد.

    کلیدواژگان: نانوتیر، حرکات طولی و چرخشی، فرکانس ارتعاشات، پایداری، اثرات سطحی
  • علی اصغر مهدی زاده سولا، مصطفی نظری*، حبیب احمدی، محسن نظری صفحه 2

    ایجاد دبی با استفاده از پمپ سرنگ یکی از رایج ترین سیستم ها در تولید میکرو قطرات می باشد. امروزه در زمینه تولید میکروقطرات تحقیقات زیادی صورت گرفته است، اما تعداد محدودی از آن ها به کنترل فعال اندازه قطره و تغییر آن به صورت برخط پرداخته اند. در این تحقیق، ابتدا یک میکروکانال با هندسه جریان متمرکز شونده با استفاده از روش فوتولیتوگرافی ساخته شده است. جهت تزریق سیالات در درون کانال، یک پمپ سرنگ با استفاده از یک موتور DC با دور و گشتاور مناسب و ماژول L298N طراحی و ساخته شده است. سیالات مورد استفاده در این تحقیق، آب دو بار تقطیر به عنوان فاز گسسته و روغن به عنوان فاز پیوسته است. همچنین برای کنترل خودکار این سیستم، یک بورد آردوینو مگا 2560 به عنوان سیستم پردازنده استفاده شده است. قطر قطرات به کمک یک میکروسکوپ دیجیتال سرعت بالا و پردازش تصویر آن با یک الگوریتم پر سرعت محاسبه می شود. برای کنترل اندازه قطرات از دوحلقه کنترلی استفاده شده است؛ در حلقه داخلی جهت غلبه بر نامعینی ها از الگوریتم کنترل مود لغزشی، و در حلقه خارجی از کنترلر PID استفاده شده است. نتایج به دست آمده برای سه قطر متفاوت 82، 90 و 100 میکرومتر نشان دهنده عملکرد مناسب کنترلر طراحی شده است. عملکرد سیستم مدار بسته در هر حالت با ترسیم نمودار هیستوگرام ارزیابی شده است.

    کلیدواژگان: میکروسیال ها، میکروقطرات، پمپ سرنگی، کنترل سایز قطرات، کنترلر مودلغزشی
  • علی سلطانی*، محمدحسین کمری صفحه 3

    امروزه استفاده از پهپادها برای انجام خودکار فعالیت هایی نظیر امور عمرانی، عملیات امداد و نجات و ماموریت های نظامی، با هدف افزایش سرعت و دقت، حفظ نیروی انسانی و کاهش هزینه ها در حال گسترش است. با توجه به این رویکرد، در این مقاله نیز با هدف استفاده از سیستم کوادروتور - آونگ معکوس کروی برای انجام عملیاتی نظیر رنگ آمیزی و نظافت در سقف های مرتفع، مساله ی کنترل هیبریدی موقعیت و نیرو برای یک پاندول معکوس کروی متصل به کوادروتور که حرکت آن در راستای قایم مقید شده است، مورد مطالعه قرار گرفته است. در این راستا، ابتدا با استفاده از قوانین نیوتن - اویلر، معادلات حرکت حاکم بر سیستم کوادروتور - آونگ معکوس در حالت مقید استخراج و سپس با ارایه ی مدلی برای نیروی مقید کننده، یک سیستم کنترلی سلسله مراتبی شامل حلقه ی کنترلی موقعیت - نیرو، حلقه ی کنترلی جهت گیری پاندول معکوس و حلقه ی کنترلی جهت گیری کوادروتور، ارایه شده است. قوانین کنترلی حلقه ی کنترلی جهت گیری پاندول معکوس و حلقه ی کنترلی جهت گیری کوادروتور، با استفاده از مفاهیم مطرح در کنترل هندسی طراحی شده اند. در نهایت، عملکرد کنترل کننده طراحی شده توسط شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: کنترل هیبریدی، کوادروتور، پاندول معکوس کروی، کنترل سلسله مراتبی، کنترل هندسی
  • محمدمهدی نظری، عباس رهی*، روح الله سرافراز خباز صفحه 4

    یک شفت کامپوزیتی دوار می تواند برای انتقال قدرت در صنایع مربوط به ماشین آلات دوار استفاده شود. در مقایسه با یک شفت انتقال قدرت فلزی مرسوم، یک شفت انتقال قدرت کامپوزیتی، معمولا دارای فرکانس های طبیعی و سرعت های بحرانی بالاتری است. در این مقاله ابتدا در حالت دوار، نتایج المان محدود یک شفت کامپوزیتی 8 لایه کربن/ اپوکسی در حالت دو دیسک فولادی در وسط به صورت متقارن و قطرهای مختلف با نتایج پژوهش پیشین مقایسه شده و صحت نتایج تایید می شود. سپس یک شفت کامپوزیتی توخالی هیبریدی 8 لایه از جنس کربن/ اپوکسی و شیشه/ اپوکسی با دو دیسک فولادی که روی تکیه گاه های ارتجاعی قرار دارد، مدل سازی می گردد. با بکارگیری معادلات لاگرانژ، معادلات حرکت شفت کامپوزیتی هیبریدی با استفاده از تیوری تیر مدول معادل اصلاح شده بدست می آیند. با کدنویسی در متلب و حل عددی، نمودار دامنه بر حسب فرکانس در حالت چرخان بدست می آید و با نتایج شبیه سازی شفت کامپوزیتی در انسیس مقایسه شده و صحه گذاری انجام می گیرد. در نهایت تاثیر پارامترهای لایه چینی مانند زاویه الیاف و ترتیب استفاده از کربن/ اپوکسی و شیشه/ اپوکسی بر روی فرکانس های طبیعی بررسی می شود.

    کلیدواژگان: شفت کامپوزیتی هیبریدی، لایه چینی، یاتاقان ارتجاعی، دیاگرام کمبل، سرعت بحرانی
  • امید صدقی، سید حسین ساداتی*، جلال کریمی صفحه 5

    در تحقیق حاضر، راهکاری برای طراحی سیستم کنترل کننده تحمل پذیر خطا با استفاده از ترکیب شبکه عصبی-تطبیقی و گام به عقب ارایه شده است. بروز هرگونه اشکالی در سیستم کنترل پرواز ممکن است باعث بروزمشکلی جبران ناپذیر گردد. بصورت معمول یک سیستم با قابلیت اطمینان بالا به همراه نیروی تصمیم گیری انسانی برای جلوگیری از بروز چنین خطاهایی و یا اصلاح آنها در یک جسم پرنده مورد استفاده قرار می گیرد. طراحی سیستم کنترل کننده ی تحمل پذیر خطا به منظور مقابله با انواع مختلفی از خطاهایی که در سیستم امکان وقوع دارند، صورت می پذیرد. سیستم های کنترلی تحمل پذیر خطا به دو بخش اصلی تقسیم می شوند. بخش اول مرحله تشخیص و جداسازی خطا (FDI) و بخش دوم مرحله طراحی سیستم کنترل برای غلبه بر آثار خطای بوجود آمده در سیستم، بسته به نوع خطا و مکان خطا اعم از سنسور، عملگر یا اجزا، سیستم کنترلی بایستی توانایی از بین بردن اثرات آن خطا را داشته باشد. در این مقاله در مرحله تشخیص و شناسایی خطا از یک مشاهده گر عصبی-تطبیقی و در مرحله طراحی کنترل کننده از روش گام به عقب استفاده شده است. در انتها ، نتایج شبیه سازی با معادلات شش درجه آزادی غیر خطی برای مدل هواپیمای F-18 نشان داده می شوند تا تاثیر قانون کنترل پیشنهاد شده اثبات شود.

    کلیدواژگان: سیستم کنترل تحمل پذیر خطا، تشخیص و جداسازی خطا، مشاهده گر، شبکه های عصبی، کنترل تطبیقی
  • ابراهیم محمودپور* صفحه 6

    در این مقاله ارتعاشات اجباری غیرخطی نانولوله های کربنی حامل نانو سیال مغناطیسی و تحت یک میدان مغناطیسی طولی بررسی شده است. با استفاده از میدان کرنش غیرخطی ون کارمن و تیوری تیر اولر- برنولی، معادلات حاکم بر ارتعاشات غیرخطی نانولوله کربنی دوسر مفصل استخراج می شوند. با استفاده از روش مقیاس های چندگانه پاسخ فرکانسی در رزنانس اولیه، رزنانس فوق هارمونیک و رزنانس زیرهارمونیک بدست می آید. برای در نظر گرفتن اثرات نانو از مدل انتگرال غیرمحلی مبتنی بر تنش استفاده شده است. در پایان اثر سیال مغناطیسی و شدت میدان مغناطیسی بر پاسخ فرکانسی و پاسخ نیرویی بررسی شده است. از نتایج می توان دریافت که وجود میدان مغناطیسی باعث می شود که دامنه ارتعاشی سیستم ناپایدار و دچار چرخه حدی شود. در این شرایط پاسخ ارتعاشی شبه متناوب است. ولی، وجود سیال مغناطیسی باعث می شود که دامنه ارتعاشی پایدار بوده و پاسخ زمانی متناوب شود؛ به گونه ای که نمودار پوانکاره یک نقطه را در صفحه فاز نشان میدهد. در رزنانس اولیه با وجود میدان مغناطیسی طولی، با افزایش دامنه تحریک، منحنی های پاسخ فرکانسی شامل دو زیر دامنه می باشد. که یکی منحنی مجانبی با محور افقی است و دیگری شامل یک منحنی بسته است.

    کلیدواژگان: ارتعاشات غیرخطی، نانولوله کربنی حامل سیال، میدان مغناطیسی طولی، سیال مغناطیسی، رزنانس ثانویه
  • مصطفی نصیری*، سجاد صمدی، مرضیه رضازاده صفحه 7

    درمان حرارتی یکی از روش های درمان سرطان است که عملکرد آن به پیش بینی و کنترل دقیق توزیع دما درون بافت آسیب دیده بستگی دارد. در روش درمان حرارتی، افزایش دما در بافت سالم مجاور بافت آسیب دیده می تواند عوارض ناگواری داشته باشد. در این مقاله، کنترل بهینه لیزر به منظور درمان حرارتی سرطان با به حداقل رساندن آسیب حرارتی انجام می شود. با توجه به رفتار غیرفوریه ای انتقال حرارت در درمان تحت لیزر، توزیع دمای گذرای وابسته به زمان در حالت یک بعدی، به همراه گرمای متابولیسم و پرفیوژن خون با استفاده از معادله انتقال حرارت پنس بررسی می گردد. سپس برای به حداقل رساندن آسیب حرارتی درون بافت سالم مجاور بافت آسیب دیده، تابع هدفی شامل اختلاف آسیب حرارتی محاسبه شده با آسیب حرارتی مطلوب درنظر گرفته می شود. برای حل مسیله کنترل بهینه، از روش گرادیان مزدوج استفاده شده است. شرایط مرزی بافت مورد نظر در سطح پوست به صورت همرفت و در عمق بافت به صورت دما ثابت و برابر دمای خون در نظر گرفته شده است. برای بدست آوردن آسیب حرارتی مطلوب، شار حرارتی از پیش تعیین شده ای در نظر گرفته شده است. نتایج حاصل از حل مسیله کنترل بهینه نشان می دهد که آسیب حرارتی با در نظر گرفتن شار حرارتی مثلثی با خطای 2% و با شار حرارتی پله ای با خطای 5% منطبق با آسیب حرارتی مطلوب است.

    کلیدواژگان: کنترل بهینه، درمان حرارتی، سرطان، آسیب حرارتی، گرادیان مزدوج
  • محمد احسانی، مهناز شمشیرساز*، ناصرالدین سپهری، مجتبی صدیقی صفحه 8

    روش امپدانس الکترومکانیکی از جمله روش های موثر جهت شناسایی آسیب در حوزه تعمیر و نگهداری بر خط به شمار می رود. در این روش از قابلیت وصله های پیزوالکتریک جهت عملگری و حسگری هم زمان استفاده می شود. تخمین طیف امپدانس الکترومکانیکی به کمک مدل های عددی یا تحلیلی مزایای ویژه ای در فرایند شناسایی آسیب فراهم می آورد. این در حالی است که وجود منابع عدم اطمینان مختلف منجر به اختلاف قابل توجه بین نتایج مدل های عددی و نتایج تجربی می شود. ازاین رو کمی سازی عدم اطمینان در پاسخ ارتعاشاتی فرکانس بالای وصله پیزوالکتریک ضرورت پیدا می کند. در این تحقیق به بررسی احتمالاتی تخمین طیف امپدانس الکترومکانیکی پرداخته میشود. در این راستا از مدل های جایگزین مبتنی بر بسط آشوبناک چندجمله ای جهت تحلیل احتمالاتی ویژگی های مودال طیف امپدانس استفاده شد. ممان های احتمالاتی و توزیع احتمال کمیت های پاسخ موردنظر به صورت تحلیلی توسط مدل های جایگزین محاسبه شدند. تحلیل حساسیت سراسری جهت رتبه بندی اهمیت متغیرهای احتمالاتی بر واریانس مقادیر پاسخ از طریق پس پردازش ضرایب مدل های آشوبناک چندجمله ای و با هزینه محاسباتی بسیار کم امکان پذیر است. طبق نتایج، به ازای مقادیر عدم اطمینان رایج در خواص و هندسه وصله پیزوالکتریک، ضریب تغییرات در دامنه فرکانس های قله (%50.70) بسیار بیشتر از فرکانس های مودال (%4.20) است. به علاوه، فرکانس های مودال بیشترین حساسیت را به خواص مکانیکی (مدول نرمی و چگالی) و دامنه های مودال بیشترین حساسیت را به ضریب میرایی مکانیکی، ضریب گذردهی الکتریکی و ثابت پیزوالکتریک دارند.

    کلیدواژگان: پایش سلامت سازه، وصله پیزوالکتریک، کمی سازی عدم اطمینان، بسط آشوبناک چندجمله ای، تحلیل حساسیت سراسری
  • رضا واقفی* صفحه 9

    در این مقاله اثر تخلخل بر پاسخ خمش ترمو-الاستوپلاستیک ورق های مدرج تابعی با خواص وابسته به دما که در معرض ترکیبی از بارهای حرارتی و مکانیکی واقع شده اند، توسط یک مدل بدون المان سه بعدی مبتنی بر روش بازتولید نقطه با هسته پایه شعاعی (RRKPM) مورد مطالعه قرار گرفته است. برای توصیف رفتار پلاستیک ورق، معیار تسلیم فون میزز ، کرنش سختی همسانگرد و قانون جریان پراندتل-رویس بکار گرفته شده است. خواص ماده مدرج تابعی که همگی وابسته به دما فرض شده اند، به طور پیوسته در جهت ضخامت بر اساس کسر حجمی اجزای تشکیل دهنده آن و طبق یک تابع توانی تغییر می کنند. از قانون آمیختگی اصلاح شده برای ارزیابی موضعی پارامترهای ترمومکانیکی موثر در ماده مدرج تابعی استفاده شده است. برای نشان دادن دقت و کارایی روش حاضر، نتایج بدست آمده با نتایج تحلیلی و عددی موجود در مراجع معتبر مقایسه شده و توافق بسیار خوبی میان نتایج مشاهده شده است. بعلاوه تاثیر پارامترهای مهمی مانند ضریب تخلخل، شاخص تغییرات ماده ، نسبت ضخامت و شرایط مرزی بر پاسخ خمش ورق مدرج تابعی مطالعه شده است.

    کلیدواژگان: تحلیل ترموالاستوپلاستیک، ورق مدرج تابعی، تخلخل، روش بازتولید نقطه با هسته، توابع پایه شعاعی
  • محسن آقایی، سعید امینی* صفحه 10

    امروزه به دلیل پیشرفت تکنولوژی تعداد نوسان های اعمالی به برخی قطعات به محدوده 107 نوسان و بالاتر می رسد اخیرا پژوهشگران به منظور مطالعه رفتار خستگی در این قطعات از تست خستگی التراسونیک استفاده می شود این دستگاه به دلیل فرکانس بالای بارگزاری و در نتیجه دستیابی به تعداد نوسان بالاتر در زمان کوتاه تر موردتوجه هست. استاندارد مورد پذیرش همگانی برای این تست وجود ندارد یکی از هندسه هایی که به منظور نمونه در این تست مورد استفاده قرار می گیرد هندسه به فرم ساعت شنی است. در این پژوهش ضمن بررسی این هندسه به منظور دستیابی به هندسه بهینه یا دستیابی به تنش بیشینه، تاثیر پارامترهای هندسی بر افزایش دما در حین ارتعاش در فرکانس بالا یا اثر الاستیک حرارتی که به عنوان یکی از معایب تست خستگی التراسونیک شناخته می شود بررسی شده تا این اثر نیز کمینه گردد. بدین منظور ابعاد هندسه ساعت شنی شکل به صورت پارامتر تعریف گردید و تغییرات آن با استفاده از شبیه سازی صورت گرفته مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که با کاهش شعاع انحنا در کنار ثابت بودن قطر میانی و قطر قسمت استوانه ای میزان تنش افزایش می یابد و همچنین میزان تغییرات دما کاهش می یابد از طرفی افزایش قطر قسمت استوانه ای درحالی که قطر میانی و میزان انحنا ثابت باشد سبب افزایش میزان تنش و دما می گردد. نتایج فوق با استفاده از چیدمان تجربی مورد ارزیابی قرار گرفت و تطابق خوبی در آن ها مشاهده گردید.

    کلیدواژگان: خستگی التراسونیک، الاستیک حرارت، بهینه سازی، شبیه سازی
  • رضا نیک صفت، محمدرضا رازفر*، علی قاضی زاده، سلمان خانی صفحه 11

    در این مقاله تاثیر بافت های موازی لبه برنده بر فرآیند تراشکاری فولاد زنگ نزن 17-4PH مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای عمق، عرض و گام میکروبافت مطالعه شد. نیروی برش برآیند اندازه‏ گیری شده و تاثیر پارامترهای بافت بر روی آن با استفاده از تحلیل واریانس بررسی شد. نتایج نشان داد با افزایش عرض شیارهای میکروبافت ابتدا نیروی برش کاهش می یابد و سپس رو به افزایش می گذارد. این روند نشان می دهد که عرض شیارهای میکروبافت یک مقدار بهینه ای دارد که در آن نیروی برش فرآیند تراشکاری فولاد کمینه است. همچنین با افزایش عمق شیارهای میکروبافت، نیروی برش کاهش یافت. با افزایش گام شیارهای میکروبافت نیز مشخص شد نیروی برش روند افزایشی را طی کرده است. به منظور دستیابی به پارامترهای میکروبافت که در آن کمترین نیروی برش و کمترین تغییر شکل قطعه کار در فرآیند تراشکاری حاصل شود، بهینه سازی انجام شد. بر اساس نتایج بهینه سازی، مقادیر بهینه پارامترهای عرض، عمق و گام شیارهای میکروبافت هنگام تراشکاری فولاد 17-4PH به ترتیب برابر است با µm 126، µm 15، µm 200 بدست آمد. درصد خطای محاسبه شده جهت صحه گذاری بهینه سازی برابر با 5.81% بدست آمد که بیانگر دقت بالای فرآیند بهینه سازی در نر م افزار دیزاین اکسپرت است. تغییر شکل قطعه کار با ابزار دارای میکروبافت بهینه µm 30 و با ابزار ساده برابر با µm 62 بدست آمد که کاهش 6/51 درصدی با ابزار دارای میکروبافت را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: نیروی برآیند برش، ابزارهای میکروبافت دار، لیزر، آنالیز واریانس، بهینه سازی
  • رضا احمدی، حسن بیگلری* صفحه 12

    در سال های اخیر، به کارگیری اتصالات جوشی در سازه های کامپوزیتی تقویت شده با الیاف به شدت در حال توسعه می باشد. اتصالات جوشی دارای عیوب ذاتی ناشی از مراحل ساخت می باشند. ترک های اولیه از این عیوب شروع شده و در نهایت منجر به شکست قطعه می شوند. لذا استخراج پارامترهای مهم در محل اتصال، کمک شایانی به مهندسان در طراحی و پیش بینی زمان شروع و توسعه ترک بین لایه ای در لایه جوش می کند. در این مقاله، برای بررسی مود دوم شکست، به محاسبه ی تجربی و عددی نرخ آزاد سازی انرژی کرنشی برشی بین لایه ای در اتصال جوش فراصوت مواد مرکب پرداخته شده است. در این پژوهش از استفاده از 3 روش کاهش داده (CCM) ، (CBT) و (CBBM) برای محاسبه نرخ آزاد سازی انرژی کرنشی و از مدل کشش-جدایش ذوزنقه ای برای مدل سازی اتصال در نرم افزار آباکوس استفاده شده است. سپس از ادغام نتایج تجربی و عددی برای استخراج پارامترهای قانون کشش-جدایش استفاده شده است. در پایان نمودارهای نیرو-جابجایی بدست آمده از آزمایشات تجربی و نمودارهای نیرو-جابجایی استخراج شده از مدل سازی عددی با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد مدل های استخراج شده با استفاده از روش CBBM و CBT پیش بینی خوبی نسبت به روش CCM دارند. همچنین سهم چقرمگی شکست پل زنی در رشد ترک بیشتر از چقرمگی شکست اولیه می باشد.

    کلیدواژگان: کشش-جدایش، مد II شکست، جوشکاری فراصوتی، نرخ آزاد سازی انرژی، پل زنی
|
  • Omid Koochakianfard, Akbar Alibeigloo * Page 1

    In this paper, the size-dependent vibration of nanoscale beams with simultaneously longitudinal and rotational motions is analyzed based on Eringen nonlocal theory. Also, for the first time, a parametric study is performed to explain the surface effects, viscoelastic-Pasternak substrates characteristics, thermal loads, geometric properties, symmetric and asymmetric cross-sections, axial and follower loads on the dynamics and stability of the system. First, the dynamic equations of the system are obtained using the Hamilton principle. Then, with the help of the Galerkin discretization method, the natural frequencies of the system are determined. To ensure the accuracy of the proposed model and method, the present study results are compared and validated with those of published articles. Stability maps and Campbell diagrams are drawn for different working conditions. The results showed that increasing the surface elastic modulus and residual stress improves the vibration frequencies and the dynamic instability threshold of the system. It is also found that with increasing system thickness/length, the axial velocity of static instability decreases/increases. In addition, it is observed that in contrast to the nonlocality effects, the system performance improves with increasing the elastic and shear coefficients of the substrate. The results of the present study significantly help designers and engineers control the vibration of bi-gyroscopic nanostructures.

    Keywords: Nanobeam, longitudinal, rotational motions, Vibration frequency, stability, Surface effects
  • AliAsghar Mahdizadeh Soula, Mostafa Nazari *, Habib Ahmadi, Mohsen Nazari Page 2

    Microfluidics has many applications in modern sciences such as medicine and biomedical engineering. There are usually two ways of injecting fluids; using pressure regulations in fluid flow lines and using syringe pumps, which using syringe pumps is the most common way. Today, a lot of research has been done in this field, but a limited number of them have focused on active control of the droplet size. In this research, a microchannel was first fabricated using photolithography. To inject fluids into the channels, a syringe pump is designed and built using a DC motor with suitable speed and torque and the L298N module. The fluids used in this research are double distilled water as a discrete phase and oil as a continuous phase. An Arduino Mega 2560 board has also been used as the processor to automatically control this system. The droplet diameter is calculated using a digital microscope and its image processing with a high-speed algorithm. The sliding mode control algorithm has been used to control the droplet size due to the nonlinearity of the system behavior as well as the disturbances. The obtained results for three different diameters i.e. 82, 90, and 100 µm, show the accurate performance of the sliding mode controller.

    Keywords: Microfluidics, Micro-droplets, Syringe pump, Droplet size control, sliding mode control
  • Ali Soltani *, MohammadHussain Kamari Page 3

    Today, the use of drones to automate activities such as civil works, rescue operations and military missions is expanding to increase speed and accuracy, retaining manpower and reducing costs. According to this approach, in this paper, hybrid control of position and force for a spherical inverted pendulum on top of a quadrotor which its motion is constrained in the vertical direction, is studied to enable the quadrotor - spherical inverted pendulum system to perform operations such as painting and cleaning on high ceilings. In this regard, first using Newton-Euler laws, the equations of motion governing the quadrotor-inverted pendulum system in the constrained motion are extracted and then by presenting a model for the constraint force, a hierarchical control system including position-force control loop, inverted pendulum orientation control loop and quadrotor orientation control loop are provided. Proposed Control laws for the inverted pendulum orientation control loop and the quadrotor orientation control loop are designed using some theorems of geometric control methods. Finally, to study performance of the proposed control method, some numerical simulations have been performed.

    Keywords: Hybrid Control, Quadrotor, spherical Inverted pendulum, Hierarchical Control, Geometric &lrm, Control
  • MohammadMahdi Nazari, Abbas Rahi *, Roohollah Sarfaraz Khabbaz Page 4

    A rotating composite shaft can be used with the application of power transmission in the rotating machinery industry. Compared to the conventional metal power transmission shaft, the composite power transmission shaft has more natural frequencies and higher critical speeds usually. Accurate determination of the natural frequency of the shaft is of great importance in its design, especially in the case of composite shafts due to the anisotropy of composite materials. In this paper, first in a rotating state, finite element results of a composite shaft eight layers of carbon/epoxy in case of two steel discs in the middle are symmetric with different diameters are compared with the results of previous research and the accuracy of the results is verified. A hollow composite shaft of eight layers of carbon/epoxy and glass/epoxy is modeled with two steel discs on the elastic supports. Applying the Lagrange equations, the equations of motion of the hybrid composite shaft are obtained using the modified equivalent modulus beam theory. By writing code in MATLAB software and numerical solution, the amplitude diagram in terms of frequency in the rotating state is obtained and compared with the results of the composite shaft simulation in Ansys, and validation is performed. Finally, the effect of stacking sequence parameters such as fiber angle, arrangement of use carbon/epoxy, and glass/epoxy on natural frequencies is investigated.

    Keywords: Hybrid composite shaft, Stacking sequence, Elastic bearing, Campbell diagram, Critical speed
  • Omid Sedghi, Seyed Hoseyn Sadati *, Jalal Karimi Page 5

    In current research, a strategy is proposed for designing an error tolerant control system using a combination of adaptive neuralnetwork and backstepping method. Any defect in the flight control system may cause an irreparable problem. Typically, a highly reliable system with human decision-making power is used to prevent or correct such errors in a flying vehicle. The fault tolerant control system is designed to deal with various types of errors that may occur in the system. Fault-tolerant control systems are divided into two main parts. The first part is the error detection and isolation phase (FDI) and the second part is the control system design phase to overcome the error effects in the system, depending on the type of error and the location of the error, whether sensor, operator or components, the control system must be able to eliminate effects. In this paper, a neural-adaptive observer is used in the error detection stage and a backstepping method is used in the controller design stage. Finally, nonlinear six-degree-of-freedom simulation results for an F-18 aircraft model are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed control law.

    Keywords: Fault tolerance control system, Fault Detection, Isolation, observer, neural networks, Adaptive control
  • Ebrahim Mahmoudpour * Page 6

    In this paper, the nonlinear forced vibrations of carbon nanotubes conveying magnetic nanofluids under a longitudinal magnetic field are investigated. Using Von Karmen nonlinear strain field and Euler-Bernoulli beam theory, the equations governing the nonlinear vibrations of simply supported carbon nanotubes are extracted. Using the multiple scale method, the frequency response is obtained in primary resonance, supperharmonic resonance and subharmonic resonance. The stress driven nonlocal integral model has been used to consider the effects of nano size. Finally, the effect of magnetic fluid and magnetic field strength on frequency response and force response is investigated. From the results it can be found that the presence of a magnetic field causes the vibrational amplitude of the system to be unstable and to have a limit cycle. Under these conditions the vibrational response is quasi-alternative. However, the presence of a magnetic fluid causes the vibration amplitude to be stable and the temporal response to be alternative; So that the Poincaré diagram shows a point on the phase plane. In primary resonance, despite the longitudinal magnetic field, with increasing excitation amplitude, the frequency response curves include two sub-amplitudes. One is an asymptotic curve with a horizontal axis and the other consists of a closed curve.

    Keywords: Nonlinear vibrations, Carbon nanotubes conveying fluid, Longitudinal Magnetic Field, Magnetic fluid, Secondary Resonance
  • Mostafa Nasiri *, Sajjad Samadi, Marzieh Rezazadeh Page 7

    Today, various treatments such as surgery, chemotherapy, radiotherapy and hyperthermia are used to treat cancer. The best treatment for cancer treatment is to predict and accurately control the distribution of temperature in the damaged tissue, which has been the subject of many studies in recent years. In most studies, it has been observed that, due to the increased temperature in cancer treatment, and especially in the hyperthermia, the healthy tissue adjacent to the damaged tissue also disappears and results in bad consequences. In this paper, the optimal laser control for cancer therapy has been done. To this end, according to the non-Fourier behavior of temperature transitions in laser treatments, the time-dependent transient temperature distribution in one-dimensional mode, along with the heat of metabolism and perfusion of blood, using the Pence heat transfer equation, is analyzed. In order to minimize the damage to the healthy tissues adjacent to the damaged tissue, the objective function includes the difference between the calculated thermal damage with the desired thermal damage is defined. Therefore, the thermal flux value is optimized as an optimal control problem and the lowest and most useful value is obtained. Finally, the results of the numerical solution of this problem are extracted and shown for triangular thermal flux and square heat pulses.

    Keywords: Optimal control, Hyperthermia, tumor, Thermal damage, Conjugate Gradient
  • Mohammad Ehsani, Mahnaz Shamshirsaz *, Naserodin Sepehry, Mojtaba Sadighi Page 8

    Electromechanical impedance spectroscopy is among the most effective technologies for online damage detection in maintenance.This technique can be used for damage localization by estimating the electromechanical impedance spectrum with numerical or analytical models. The existence of several sources of uncertainty however leads to a significant mismatch between the numerical and experimental results. Therefore, uncertainty quantification for high-frequency coupled electromechanical vibration response of the piezoelectric patch is necessary. Polynomial chaos expansion (PCE) is an efficient method for assessing uncertainty when dealing with time-consuming models. For the probabilistic analysis of modal features of the impedance spectrum, surrogate models derived by polynomial chaos expansion were used. The statistical moments and probability distributions of the quantity of interest were computed analytically using surrogate models. By post-processing the coefficients of PCE models with relatively minimal computing cost, global sensitivity analysis was performed to rank the relevance of input variable variation on response variance. According to the results, due to the common uncertainties in the material properties and geometry of the piezoelectric patch, the coefficient of variation in the peak amplitudes is substantially higher than the peak frequencies. In addition, modal frequencies are most sensitive to mechanical properties (compliance and density), whereas modal amplitudes are most sensitive to mechanical damping, electrical permittivity, and the piezoelectric constant.

    Keywords: Structural health monitoring (SHM), PIEZOELECTRIC PATCH, Uncertainty Quantification (UQ), Polynomial Chaos Expansion (PCE), Global Sensitivity Analysis (GSA)
  • Reza Vaghefi * Page 9

    In this paper, the effect of porosity on the thermo-elastoplastic bending response of temperature-dependent functionally graded (FG) plates exposed to a combination of thermal and mechanical loads is studied using a three-dimensional meshless model based on the radial basis reproducing kernel particle method. To describe the plastic behavior of the FG plate, the von Mises yield criterion, isotropic strain hardening, and the Prandtl-Reuss flow rule are adapted. The material properties, which are assumed to be temperature-dependent, are continuously varying in the thickness direction according to a power-law function in terms of the ceramic and metal volume fractions. The modified rule of mixtures is employed to locally evaluate the effective thermomechanical parameters of the FG material. To show the accuracy and efficiency of the present method, the obtained results are compared with the analytical and numerical results in the literature and very good agreements have been observed. In addition, the effect of significant parameters such as porosity coefficient, material gradient index, thickness ratio and boundary conditions on the bending response of FG plates has been investigated.

    Keywords: Thermo-elastoplastic analysis, Functionally graded plate, POROSITY, Reproducing kernel particle method, Radial basis function
  • Mohsen Aghaei, Saeid Amini * Page 10

    Nowday, due advancement of technology, the number of oscillations applied to some parts reaches range of 107 and higher. Recently, researchers have used ultrasonic fatigue test to study the fatigue behavior in these parts. This device is considered because of the high frequency of loading and as a result, achieving a higher number of oscillations in a shorter time. There is no universally accepted standard for this test, so one of the most commonly used geometries in this test is the hourglass. while examining this geometry in order to achieve optimal geometry or maximum stress, the effect of geometric parameters on temperature increase during high frequency vibration or the thermal elasticity effect which is known as one of the disadvantages of ultrasonic fatigue test. has been studied to minimize this effect. For this purpose, the dimensions of the hourglass geometry were defined as a parameter and its changes were investigated using simulations.The results show that by decreasing radius of curvature along with constant diameter of middle part and diameter of cylindrical part, the amount of stress increases and also the amount of temperature changes decreases increasing diameter of the cylindrical part while middle diameter and amount of curvature is constant increases the amount of stress and temperature. The above results were evaluated using experimental arrangement and good agreement was observed in them.

    Keywords: Ultrasonic fatigue, Thermo-elastic, optimization, Simulation
  • Reza Niksefat, MohammadReza Razfar *, Ali Ghazizadeh, Salman Khani Page 11

    In this study, the effect of microtextures parallel to cutting edge on the rake face of cutting tools during the turning process of 17-4PH steel was investigated. The depth, width, and distance of micro-textures were studied. Turning tests were performed with the created tools and the cutting force was measured by a dynamometer. The results showed that by increasing the width of microgrooves, the cutting force first decreases and then increases. This trend shows that the width of the microgrooves has an optimal value in which the cutting force during the turning process is minimal. Also, the cutting force is reduced with increasing the depth of microgrooves. By increasing the distance of microgrooves, it was found that the cutting force has increased. Based on the optimization results, the optimal values of the parameters of width, depth, and distance of the microgrooves are 126 µm, 15 µm, and 200 µm, respectively. The calculated error percentage for optimization validation was 5.81%, which indicates the high accuracy of the optimization process in the Design-Expert software. The deflection of the workpiece was achieved with a tool with an optimal microgroove of 30 µm and with a plane tool equal to 62 µm, which shows a 51.6% reduction with a textured tool. In fact, the accuracy of the machined part was improved with microtextured tools.

    Keywords: cutting force, Microtextured tools, Laser surface texturing, Analysis of variance, optimization
  • Reza Ahmadi, Hasan Biglari * Page 12

    In recent years, the use of welded joints in fiber-reinforced composite structures is developing strongly. Welded joints have inherent defects caused by the manufacturing process. Initial cracks start from these defects and eventually lead to component failure. Therefore, the extraction of important parameters at the joint layer is a great help to engineers in designing and predicting the initiation time and development of interlayer crack in the weld layer. In this article, to investigate the second mode of fracture, the experimental and numerical calculation of the release rate of interlayer shear strain energy in the ultrasonic welding of composite materials has been done. In this research, 3 data reduction methods (CCM), (CBT) and (CBBM) have been used to calculate the strain energy release rate and the trapezoidal traction-separation model has been used to model the weld layer in Abaqus software. Then, the coupling of experimental and numerical results has been used to extract the parameters of the traction-separation law. Finally, the force-displacement diagrams obtained from experimental investigations and the force-displacement diagrams extracted from numerical modeling are compared. The results show that the models extracted using CBBM and CBT methods have good predictions for CCM method. Also, the contribution of bridging fracture toughness in crack growth is greater than the initial fracture toughness.

    Keywords: Traction-separation, Mode II fracture, Ultrasonic welding, Energy release rate, Bridging