فهرست مطالب

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال نوزدهم شماره 1 (پیاپی 71، بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/02/30
  • تعداد عناوین: 10
|
  • مجتبی حقگو، هاشم بابایی، توحید میرزابابای مستوفی صفحات 1-15

    یک مطالعه عددی پیشرفته حاوی تعامل سیال و جامد بر اساس روش مرز غوطه ور برای بررسی تاثیر فشار پیش انفجار و بازه زمانی تغییرشکل پلاستیک ورق های مثلثی نازک تحت انفجار گازی انجام می شود. سایر اهداف شبیه سازی عددی مانند محاسبه تغییرشکل و کانتور تنش ماده در نرخ کرنش زیاد بر اساس مدل مادی جانسون-کوک وابسته به نرخ کرنش به دست می آیند. شبیه سازی بر اساس مدل سازی انفجار با سینتیک واکنش شیمیایی و بهره بردن از حلگر CESE برای گسترش انفجار انجام می شود. روش مرز غوطه ور برای شبیه سازی حرکت سطح میانی بین گاز منفجرشده و ورق تغییرشکل یافته از محاسبه پخش شدگی فشار سیال بر سطح ورق استفاده می کند. ابزار عددی با بهره بردن از معادلات اویلری واکنش چند جزیی و معادله لاگرانژی ورق، پخش شدگی فشار و پارامترهای انفجار گازی را به تغییرشکل ماکروسکوپیک ورق مرتبط می کند. روش عددی به عنوان یک ابزار مناسب در محاسبه پروفیل تغییرشکل ورق مثلثی مبین کاهش تغییرشکل با اندازه کوچک تر سطح بدون پوشش ورق است.

    کلیدواژگان: ورق مثلثی، انفجار گازی، شبیه سازی عددی، روش مرز غوطه ور
  • حسین بیرانوند، حسن ناصح صفحات 17-28

    هدف از انجام این مطالعه، ارایه ی یک روش برای پیشگیری از ارتعاشات ناخواسته در آزمون های محیطی ارتعاشات اتفاقی محموله های فضایی می باشد. این ارتعاشات ناخواسته در بسیاری از آزمون های محیطی در سطح پذیرش، سبب ایجاد شکست های پنهان خواهد شد که در شرایط عملیاتی ماموریت فضایی بروز خواهد نمود. لذا، در این پژوهش ابتدا یک روش تحت عنوان روش شکاف (notch) چگالی طیف توان برای پیشگیری از ارتعاشات ناخواسته ارایه شده است و سپس با استفاده از روابط تحلیلی به دست آمده، آزمون های محیطی ارتعاشات اتفاقی یک محموله کاوشگر زیرمداری اجرا شدند. پس از انجام آزمون، نتایج ثبت شده توسط حسگرهای شتاب سنج، مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفتند. در این تجزیه وتحلیل عملکرد روش شکاف چگالی طیف توان موردبررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که روش شکاف چگالی طیف توان، می تواند یک روش ساده، کاربردی و عملیاتی برای جلوگیری از وارد شدن ارتعاشات ناخواسته به محموله های فضایی باشد. همچنین به کارگیری این روش می تواند در جهت پیشگیری از وارد شدن خسارت به محموله فضایی در حین آزمون بسیار موثر باشد.

    کلیدواژگان: ارتعاشات اتفاقی، شکاف، چگالی طیف توان، آزمون محیطی، محموله فضایی
  • روح الله حسینی، مسعود یگانه سرچشمه، محمد صابری مقدم، محمدجواد زینل بیک صفحات 29-43

    استفاده از روش های متداول چسبی در اتصال فلز به کامپوزیت، منجر به ایجاد اتصالات ضعیف می گردد که با کمترین بار دچار جدایش می شود. هدف از پژوهش حاضر بررسی میزان افزایش استحکام کششی اتصال فلز آلومینیوم به کامپوزیت با الیاف شیشه و رزین اپوکسی به روش ترکیبی جدید (کاملد) که مزایای هر دو روش چسبی و مکانیکی (پینی) را شامل می شود، می باشد. در این روش از پین هایی که در سازه جا زده شده اند، به عنوان واسط و به منظور انتقال بار استفاده شده و هدف بررسی میزان تغییرات استحکام با انواع پین های واسط مختلف می باشد. لذا پین ها در زمان لایه چینی الیاف کامپوزیت، از میان آن ها عبور داده شده و سپس فرایند پخت تکمیل گشته است. از این رو بخشی از سازه فلزی در میان تار و پود کامپوزیت رسوخ کرده و انتظار می رود استحکام افزایش یابد. چهار مدل اتصال بدون پین (چسبی خالص)، پین با قطر 2/1 میلی متر، پین با قطر 6/1 میلی متر و پین کلگی دار با قطر 2/1 میلی متر مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج استحکام اتصال ها با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج تست کشش نشان داده است که این نوع اتصال، افزایش استحکام قابل توجهی نسبت به نمونه بدون پین داشته و در سه نوع اتصال با ویژگی های مختلف بیان شده، به ترتیب 335%، 609% و 421% افزایش استحکام مشاهده شده است. همچنین شکست در نمونه های پین دار به صورت تدریجی و در نمونه بدون پین به طور ناگهانی اتفاق افتاده است.

    کلیدواژگان: کاملد، کامپوزیت، اتصال ترکیبی، اتصال فلز به کامپوزیت، استحکام کششی
  • رامین کرمی، امیرموسی اباذری، محمود ابراهیمی صفحات 45-59

    در این تحقیق به بررسی پارامترهای فرآیندی و شرایط فرآوری سطحی آلیاژ آلومینیوم 6061 طی فرآیند اصطکاکی-اغتشاشی پرداخته می شود. پارامترهای مهم جهت فرآوری نمونه ها در انجام این فرآیند پس از بررسی کامل انتخاب شده اند. تاثیر پارامترهای فرآیندی مختلف شامل سرعت دورانی، سرعت پیشروی و عمق فروروی ابزار و اندازه ذرات تقویتی پودر آلومینا بر روی استحکام کششی و ریز سختی و رفتار خوردگی نمونه ها موردبررسی قرارگرفته است. پس از تولید نمونه ها، آزمون کشش، شکست نگاری و سختی سنجی سطح رویه نمونه های موردمطالعه قرارگرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که فرآوری با افزودن ذرات آلومینا در سایز میکرومتری استحکام کششی نهایی، سختی و مقاومت به خوردگی را نسبت به ذرات نانومتری بهبود بیشتری می دهد. همچنین نتایج نشان می دهند که رفتار خوردگی پس از افزودن ذرات تقویتی آلومینا به دلیل کاهش سرعت، جریان و پتانسیل خوردگی نسبت به فلز پایه بهبود می یابد. ارزیابی میکرو ساختار نمونه های فرآوری شده پس از آزمون خوردگی نشان می دهد که ذرات تقویتی آلومینا در اندازه میکرومتری باعث کاهش میزان حفرات می شود و منجر به ایجاد سطح نمونه صاف تری می شود.

    کلیدواژگان: فرآیند اصطکاکی اغتشاشی، کامپوزیت زمینه ی فلزی، آلومینیوم 6061، خواص مکانیکی، خوردگی
  • فاطمه مهدوی گلمیشه، سعید شمقدری صفحات 61-79

    این مقاله رویکرد آموزش توزیع شده ای را برای سیستمی با چند پرنده بدون سرنشین غیرخطی و ناهمگن، جهت حل مسیله کنترل آرایش گروهی ایمن و بهینه ارایه می نماید. هدف کنترل، تضمین ایمنی در حین دستیابی به عملکرد مطلوب است. برای این منظور دو کنترل کننده موقعیت و زاویه به صورت سری در نظر گرفته شده است. ابتدا، طراحی کنترل آرایش گروهی بهینه به عنوان عملکرد بهینه در کنترل موقعیت تعریف شده و توسط تابع هزینه مدل سازی می شود. در این مقاله، از طریق ادغام توابع هزینه با توابع کنترل مانع (</strong>Control Barrier Function (CBF))</strong> محلی، مسایل بهینه سازی توزیع شده جدیدی معرفی می گردد. وجود CBF محلی در تابع هزینه افزوده موجب تضمین ایمنی در کنترل موقعیت شده و درنتیجه برخوردی در طول مسیر پرنده ها رخ نمی دهد. در روش ارایه شده، کنترل کننده های ایمن و بهینه موقعیت از حل مسایل بهینه سازی نامقید به جای مسایل بهینه سازی مقید به دست می آیند. در مرحله بعد، از کنترل موقعیت مجازی حاصل، زوایای مرجع به دست می آید. ردیابی بهینه این زوایا به عنوان عملکرد مطلوب در کنترل زاویه در نظر گرفته شده و با تابع هزینه مرتبط مدل سازی می شود. درنهایت، پایداری و ایمنی کنترل کننده های پیشنهادی اثبات می شود. این سیاست های بهینه و ایمن با استفاده از الگوریتم های یادگیری تقویتی چندعاملی   (</strong>Multi-agent Reinforcement Learning (MARL))</strong> خارج از روال مرسوم، طراحی شده و به دانشی از دینامیک پرنده ها نیاز ندارد. الگوریتم های پیشنهادی از طریق شبیه سازی مسیله کنترل آرایش گروهی 6 پرنده با قید عدم برخورد ارزیابی می شوند.

    کلیدواژگان: پرنده بدون سرنشین، سیستم چندعاملی، کنترل آرایش گروهی، یادگیری تقویتی ایمن، یادگیری تقویتی مستقل از مدل
  • هادی قشوچی برق، ملینا حسنی صفحات 81-92

    امواج لمب از امواج هدایت شده مکانیکی می باشند که در ورق ها و پوسته ها انتشار می یابند و سرعت آن ها وابسته به فرکانس می باشد. امروزه محققان از این امواج برای شناسایی نقص در سازه ها بهره می گیرند. این امر به دلیل خاصیت امواج لمب می باشد که می توانند در سراسر سازه انتشار یابند و در صورت وجود نقص به سرعت تحت تاثیر قرار گیرند. استفاده از این روش در مقابل روش های سنتی با توجه به پیچیده، پرهزینه و زمان بر بودنشان، مطلوب می باشد. به عنوان نوآوری در این پژوهش، اثر انتشار امواج لمب در ورق های لایه ای الیاف-فلز سفتی متغیر متقارن بررسی شده است و جهت این امر از روش اجزاء محدود استفاده شده است. در این تحلیل در لایه های کامپوزیتی به جای الیاف مستقیم از الیاف منحنی شکل استفاده شده و اثر تعداد لایه ها، ابعاد ورق و شرایط مرزی بر انتشار امواج فوق بررسی شده است. همچنین جهت بررسی صحت مدل، سه فرکانس اول سازه با چند مرجع مختلف مورد مقایسه قرارگرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد، امواج لمب در طول ورق انتشاریافته و با برخورد به مرزهای ورق یا نقص در سازه منعکس می گردند و حالت انتشار یکنواخت خود را از دست می دهند. بر اساس این بررسی می توان از این روش در شناسایی وجود نقص در سازه های لایه ای الیاف-فلز سفتی متغیر بهره برد.

    کلیدواژگان: امواج لمب، ورق های لایه ای الیاف-فلز، ورق های لایه ای سفتی متغیر، روش اجزاء محدود
  • علی یوسفی شبانکاره تیره، سید علی آقا میرجلیلی، سید امیرعباس علومی، محمدرضا سلیم پور صفحات 93-106

    مبرد R-134a مطابق با پروتکل مونترال، به عنوان جایگزینی بالقوه برای مبرد R12 پیشنهاد شده و مطابق با پروتکل کیوتو، استفاده از R-134a، که پتانسیل گرمایش جهانی قابل توجهی دارد، می بایست کاهش یابد. با بررسی تحقیقات انجام شده مبردی که بتواند چالش های پتانسیل تخریب لایه ازن ODP و پتانسیل گرمایش جهانیGWP  را با هم برطرف کند ارایه نگردیده است. در مطالعه تجربی حاضر، مبرد ترکیبی سازگار با محیط زیست و با حداقل مقادیر ODP  و GWP که از نظر عملکرد تقریبا مشابه R12 میباشد، مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش های انجام شده روی مبرد ترکیبی R-406a نشان می دهد که می تواند جایگزین مناسبی با توجه به مقادیر بسیار پایین ODP و GWP، برای مبرد R12 می باشد. در این مطالعه، افت فشار ناشی از اثر پیچش در چگالش بخار R-406a در مبدل های افقی با سیکل تبرید تراکمی و همچنین تغییرات ضریب انتقال حرارت بررسی شده است. در آزمایش های انجام شده پارامترهایی مانند جریان جرمی، دما و فشار برای مبرد R-406a و آب در قسمت ورودی و خروجی کندانسورها اندازه گیری شده است. با بررسی نتایج حاصله برای لوله‏های دارای دور پیچی مشخص گردید که با کاهش گام، انتقال حرارت و نیز افت فشار افزایش می‏یابد. استفاده از دور پیچ ضریب انتقال حرارت متوسط و افت فشار را به ترتیب تا حدود 47% و 220% نسبت به لوله صاف افزایش می‏دهد. در نهایت با استفاده از نتایج حاصل برای مبدل های با دورپیچ و بر اساس روابطی که به بهترین حالت با نتایج تجربی مربوط به افت فشار مطابقت داشته باشد، رابطه جدیدی برای افت فشار در مبدل با دورپیچ ارایه گردید. مقادیر محاسبه شده توسط این رابطه در محدوده تقریبا 15 درصد مقادیر تجربی می باشد.

    کلیدواژگان: افت فشار، مبرد R-406a، دورپیچ، مقادیر پتانسیل تخریب لایه ازون (ODP)، پتانسیل گرمایش جهانی (GWP)
  • مسعود دهناد، مرتضی فرهید، سینا اخباری، آرزو اسماعیلی صفحات 107-121

    در این مقاله، میزان تاثیرگذاری پارامترهای هندسی یک استند سنجش تراست در محدوده میلی نیوتنی و برای رانشگرهای الکتریکی، بر عملکرد آن بررسی می شود. برای اندازه گیری تراست رانشگرهای الکتریکی باید از سیستمی استفاده نمود که نیروی تراست را از نیروی وزن رانشگر تفکیک کند. به همین دلیل سیستم های اندازه گیری تراست بر پایه پاندول طراحی شده اند. پارامترهای هندسی استند سنجش تراست همچون طول بازوها، جرم بخش های مختلف و سفتی لولاها بر عملکرد کلی سیستم شامل پاسخ دینامیکی و استاتیکی آن (به عنوان مثال مقدار جابجایی، فرکانس طبیعی و زمان تثبیت نوسانات) تاثیرگذار می باشند. بدین منظور در ابتدا مدل تحلیلی رفتار یک استند سنجش تراست با پیکربندی پاندول معکوس به دست می آید. سپس با استفاده از نتایج حاصل، طراحی بهینه چند نمونه استند بر اساس الزامات فیزیکی مشخص شده و با استفاده از الگوریتم ژنتیک انجام می پذیرد. در انتهای کار نیز یک نمونه استند سنجش تراست با بیشترین مقدار نیروی قابل اندازه گیری 100 میلی نیوتن بر اساس مشخصات به دست آمده از بخش بهینه سازی، ساخته شده و با صحه گذاری نتایج حاصل از مدل تحلیلی، مقدار خطای مدل کمتر از 6 درصد محاسبه می شود.

    کلیدواژگان: استند سنجش تراست، پارامتر هندسی، پاسخ دینامیکی و استاتیکی، روش الگوریتم ژنتیک، مدلسازی و ساخت
  • هادی دارابی، محمدرضا الهامی صفحات 123-135

    در این مقاله، حل دینامیک معکوس برای کنترل پیش خور ربات های انعطاف پذیر همکار بررسی می شود. دینامیک داخلی ربات های انعطاف پذیر ناپایدار است و برای به دست آوردن یک حل کران دار مسیله دینامیک معکوس از روش بهینه سازی غیرخطی مقید استفاده شده است. در روش بهینه سازی، هدف کمینه کردن انرژی الاستیک بازوها باوجود قیدهای متعدد است این قیدها شامل: 1) معادلات دینامیکی؛ 2) معادلات مسیر حرکت و  نیرو؛ 3) قیدهای سینماتیکی محدودکننده حرکت ربات ها؛ 4) قیدهای مربوط به متغیرهای اضافی و 5) قیدهای روش α</strong> تعمیم یافته برای پایداری حل است. روش مورداستفاده برای مدل سازی دینامیکی بر اساس معادله لاگرانژ و گسسته سازی به روش اجزای محدود است. از ضرایب لاگرانژ برای کنترل نیروهای داخلی اعمالی به باربری مفید استفاده شده است و برای جلوگیری از تغییر جهت در کنترل نیرو یک قید نامساوی به مجموعه قیدهای بهینه سازی اضافه شده است. این روش روی ربات های تک لینکی انعطاف پذیر همکار، پیاده سازی شده است و توانایی کنترل مسیر بار و نیروی اعمالی به آن را دارد.

    کلیدواژگان: ربات انعطاف پذیر، اجزای محدود، روش لاگرانژ، وارونگی پایدار، روش &alpha، تعمیم یافته
  • میلاد عظیمی، مرضیه اقلیمی دژ، علیرضا علیخانی صفحات 137-151

    در این مقاله به طراحی الگوریتم‏های کنترل فعال ارتعاشات و کنترل مقاوم مود لغزشی انتگرالی جهت پایدارسازی وضعیت فضاپیمای انعطاف‏پذیر در حضور اغتشاشات خارجی و خرابی عملگر پرداخته شده است. فضاپیما به صورت یک هاب صلب در مانور سه محوره به همراه دو پنل خورشیدی مجهز به حسگر/عملگرهای پیزوالکتریک در قالب یک سیستم دینامیکی کوپل صلب-انعطاف‏پذیر مدل سازی شده است. ساختار کنترل تحمل‏پذیر خطای غیرفعال مود لغزشی انتگرالی با بهره‏گیری از یک الگوریتم کنترل نامی تناسبی-مشتقی و یک الگوریتم تحمل‏پذیر خطای توسعه یافته با لحاظ خطای افزوده متغیر با زمان به منظور افزایش عملکرد، عدم تحریک مودهای انعطاف‏پذیر و آسیب‏ سیستم در فاز رسیدن به سطح لغزش طراحی شده است. بدین ترتیب با ورود سیستم به مود لغزش، رفتار دینامیک حلقه بسته شامل خطای عملگر، مشابه با سیستم سالم خواهد شد. جهت کاهش ارتعاشات ناشی از دینامیک وضعیت و خرابی عملگرها، الگوریتم کنترل فعال ارتعاشاتی نیز به طور هم زمان در تمام طول مانور فعال‏سازی می‏شود. عملکرد ساختار کنترل پیشنهادی با معیارهای میزان تحریک مودهای انعطاف‏پذیر، تلاش کنترلی و دستیابی به پارامترهای مطلوب وضعیت در قالب یک مطالعه مقایسه‏ای مزیت و برتری آن را نسبت به الگوریتم مود لغزشی انتگرالی بدون قابلیت تحمل‏پذیری خطا نمایش می‏دهد.

    کلیدواژگان: پیزوالکتریک، کنترل تحمل‏ پذیر خطا، کنترل فعال ارتعاشات، کنترل مود لغزشی انتگرالی، فضاپیمای انعطاف‏پذیر
|
  • Mojtaba Haghgoo, Hashem Babaei, Tohid Mirzababaie Mostofi Pages 1-15

    An elaborate numerical study with a validated LS-DYNA® immersed boundary method fluid-solid interaction code is used to characterize the influence of pre-detonation pressure and time duration on plastic deformation of thin steel triangular plates subjected to gaseous detonation. Other objectives of this numerical simulation such as estimation of deflection and stress contour of material at high strain rate are derived based on a strain-rate dependent Johnson-Cook material model. Simulation relies on the modeling of detonation by chemical reaction kinetic and its propagation by Conservative Element Solution Element (CESE) solver. Immersed boundary method is used to simulate the interface motion between the detonating gas and the deforming plate to facilitate the assessment of fluid pressure distribution on the plate surface. The numerical tool relates the pressure distribution and gaseous detonation parameters to the plate macroscopic deformation by employing multi-species reactive Euler’s equations for the gas and Lagrangian equation for plate. Numerical method as an appropriate tool in the evaluation of the deflection profile of the triangular plate shows that deflection decreases by the smaller size of the exposed area of the plate.

    Keywords: Triangular plate, Gaseous detonation, Numerical simulations, Immersed boundary method
  • Hossein Beiranvand, Hassan Naseh Pages 17-28

    The purpose of this study is to provide a method to prevent unwanted vibrations in environmental tests of random vibrations of spacecraft. Unwanted vibrations in many environmental random vibration tests will lead to the hidden fault (hiding failure) that would be happened in operational conditions in a space mission. Hence, in this research, first, a method called the power spectrum density notching method was presented to prevent unwanted vibrations, and then, by using the obtained analytical relationships, environmental random vibration tests of a sub-orbital spacecraft were performed. After the test, the recorded results by the fixture and payload's accelerometer sensors have been analyzed. In this analysis, the performance of the power spectrum density notching method was examined. The obtained results indicate, although the power spectrum density notching method is a simple, practical, and operational method but can be an efficient method to prevent unwanted vibrations to spacecraft and also prevent damage to spacecraft during testing.

    Keywords: Random vibration, Notch, Power spectrum density, Environmental test, Spacecraft
  • Rouhollah Hosseini, Masoud Yeganeh Sarcheshmeh, Mohammad Saberi Moghaddam, MohammadJavad Zeynalbeyk Pages 29-43

    The use of common adhesive methods in metal-composite bonding leads to weak joints that are separated with the least load. The purpose of this research is to investigate the increase in the tensile strength of aluminum metal to glass fibers reinforced with epoxy resin using a new combined method that includes the advantages of both adhesive and mechanical (pinning) methods. In this method, the pins embedded in the structure are used as an interface for load transfer, and the aim is to investigate the amount of strength changes with different types of interface pins. Therefore, the pins are passed through them during the layering of composite fibers and then the curing process is completed. Therefore, a part of the metal structure has penetrated between the warp and weft of the composite and it is expected that the strength will increase. Four connection models without pin (pure adhesive), pin with a diameter of 1.2 mm, pin with a diameter of 1.6 mm and pin with a claw with a diameter of 1.2 mm have been evaluated and the results of the strength of the connections have been compared. Tensile test results have shown that this type of connection has a significant increase in strength compared to the sample without pins, and in three types of connections with different characteristics, 335%, 609%, and 421% increase in strength has been observed, respectively. Also, failure occurred gradually in samples with pins and suddenly in samples without pins.

    Keywords: Comeld, Composite, Hybrid joint, Metal-Composite joint, Tensile strength
  • Ramin Karami, Amir Musa Abazari, Mahmoud Ebrahimi Pages 45-59

    This paper presents an investigation into the process parameters and conditions of friction stir processing for aluminum alloy 6061. The effect of process parameters including speed, feed, tool penetration depth, and reinforcement particles on the strength, hardness, and corrosion behavior of the samples are investigated. Tensile test, fracture mapping, and surface hardness measurement, as important mechanical properties, are performed using broken samples. The obtained results show that adding alumina particles in micrometer size with friction stir processing improves the final tensile strength, hardness, and corrosion resistance. The results show that the corrosion behavior of the processed samples is improved by reducing the corrosion rate, corrosion current, and corrosion potential compared to the base metal. The microstructure of the processed samples after the corrosion test shows that samples with micrometer-sized alumina reinforcement particles have fewer holes than others and lead to a more polished and smoother surface.

    Keywords: Frictional stir processing, Composite metal base, Aluminum alloy 6061, Mechanical properties, Corrosion
  • Fatemeh Mahdavi Golmisheh, Saeed Shamaghdari Pages 61-79

    This paper presents distributed training approach for a nonlinear and heterogeneous multi-UAV system to solve a safe and optimal formation control problem. The objective of control is to ensure safety while achieving optimal performance. In this regard, the position and attitude controllers are considered in series. First, the optimal formation control design is defined as the optimal performance in position control and is modeled by the cost function. In this article, with the integration of cost functions and local control barrier functions (CBFs), a novel distributed optimization problems are introduced. Existing the local CBF in the augmented cost function ensures the safety of the position control, and as a result, collisions do not occur along the path of UAVs. The proposed method considers the safe and optimal position controllers by solving unconstrained optimization problems instead of constrained ones. In the next stage, the reference attitudes are driven by virtual position control. The attitude tracking optimal control is considered the optimal performance in the attitude control, and the related cost function models it. Finally, the stability and safety of the proposed controllers are proven. These optimal and safe policies are obtained sequentially using off-policy multi-agent reinforcement learning (MARL) algorithms which do not require knowledge of UAVs' dynamics. The proposed algorithms are validated by simulating the formation control problem of 6 UAVs with collision avoidance constraints.

    Keywords: Unmanned Aerial Vehicles (UAV), Multi-agent system, Formation control, Reinforcement Learning (RL), Model-free RL
  • Hadi Ghashochi-Bargh, Melina Hasani Pages 81-92

    Lamb waves are mechanically guided waves that propagate through plates and shells, and their speed depends on the frequency. Nowadays, researchers use these waves to detect defects in structures. This is due to the properties of Lamb waves that can propagate in the whole structure, and are quickly affected if there is a defect. Using this method instead of traditional methods due to their complexity, cost and time are desired. As an innovation in this research, the effects of lamb wave propagations in symmetrically variable stiffness fiber-metal laminated plates are investigated and for this purpose, the finite element method is used. In this analysis, curvilinear fibers are used in the composite layers instead of the straight fibers, and the effect of the number of layers, plate dimensions, and boundary conditions on the propagation of the mentioned waves are investigated. Also, to check the validity, the first three frequencies of the structure are compared with several different references. The obtained results show that the Lamb waves are propagated along the length of the plate and are reflected by hitting the boundaries of the plate or defect in the structure and lose their uniform propagation state. Based on this investigation, this method can be used to detect the defect in variable stiffness fiber-metal laminated structures.

    Keywords: Lamb waves, Fiber-metal laminated plates, Variable stiffness laminated plates, Finite element method
  • Ali Yousefi Tireh Shabankare, Seyed Ali Agha Mirjalily, Seyed AmirAbbas Oloomi, MohammadReza Salimpour Pages 93-106

    Having been developed in accordance with the Montreal Protocol, R134a has been proposed as a potential replacement for R12. In accordance with the Kyoto Protocol, the use of R134a, which has a significant global warming potential, must be restricted. It has been stated that there is no one refrigerant or combination available that can address both the ozone depletion potential (ODP) and the global warming potential (GWP) concerns at the same time. According to the research, the goal of this effort was to produce an environmentally friendly refrigerant combination with minimal ODP and GWP values that perform virtually identically to R12 in terms of performance. With extremely low ODP and GWP values, R406a has the potential to be a useful refrigerant. Experimental investigations conducted on R406a refrigerant have shown that it may be a viable replacement for R12. In this research, the pressure drop created by the torsion in the steam condensation of R-406a inside the horizontal tubes and also changes in the heat transfer coefficient are investigated experimentally. In each experiment, parameters such as mass flow, refrigerant temperature and pressure, and water at the inlet and outlet of the condensers were measured. Examination of the results for annular and torsional fins pipes, it was determined that heat transfer and pressure drop increase with the reduction of the pitch. The use of spirals increases the average heat transfer coefficient and pressure drop by about 47% and 220%, respectively, compared to the pipe without fins. Finally, using the results from the twisted tubes and based on the relationships that best match the experimental results related to the pressure drop, a new relationship for the pressure drop in the twisted tubes was obtained. The values calculated by it are in the range of approximately 15% of the experimental values.

    Keywords: Pressure Drop, R-406a, Twisted Extended Fin Structure, ODP, GWP
  • Masoud Dehnad, Morteza Farhid, Sina Akhbari, Arezoo Esmaeili Pages 107-121

    In this paper, the influence of the geometric parameters of a thrust measurement stand in mN level and for electrical thrusters on its performance is investigated. To measure the thrust of the electrical thrusters, a system must be used that separates the thrust force from the weight force. Thus, thrust measurement systems are designed based on a pendulum. The geometric parameters of a thrust measurement stand, such as the length of arms, the mass of different parts, and the stiffness of pivots affect the overall performance of the system, including its dynamic and static response (for example, displacement, natural frequency and stabilization time of oscillations). For this purpose, primarily, the analytical model for the behavior of a thrust measurement stand with an inverted pendulum configuration is obtained. Then, using the obtained results, the optimal design of several stands is carried out based on the specified physical requirements and using the Genetic Algorithm method. Finally, an experimental thrust measurement stand with a maximum measuring thrust of 100 mN is developed based on obtained specifications from the optimization and by validating the results of the analytical model, the error of the model is estimated to be less than 6 percent.

    Keywords: Thrust measurement stand, Geometric parameters, Dynamic, static response, Genetic Algorithm method, Modeling, manufacturing
  • Hadi Darabi, MohammadReza Elhami Pages 123-135

    In this paper, the inverse dynamics solution for feedforward control of cooperative flexible manipulators is investigated. The internal dynamics of flexible manipulators are unstable, and to obtain a bounded solution to the inverse dynamics problem, the constrained nonlinear optimization method is used. In the optimization method, the aim is to minimize the elastic energy of the manipulators despite several constraints. These constraints include: 1) dynamic equations; 2) Spatial and force trajectory; 3) kinematic constraints limiting the movement of manipulators; 4) constraints related to superfluous variables and 5) constraints of the generalized α method for the stability of the solution. The method used for dynamic modeling is based on the Lagrange equation and finite element discretization. Lagrange multipliers have been used to control the internal forces applied to the payload, and to prevent the change of direction in force control, an inequality constraint has been added to the optimization constraints. This method is implemented on flexible cooperative manipulators and has the ability to control the path of the payload and the force applied to it.

    Keywords: Flexible Manipulator, Finite Element, Lagrange Method, Stable Inversion, Generalized &alpha, Method
  • Milad Azimi, Marzieh Eghlimi Dezh, Alireza Alikhani Pages 137-151

    An active vibration control algorithm and robust integral sliding mode control (SMC) are discussed to stabilize the attitude of the flexible spacecraft under external disturbances and actuator faults. As a coupled rigid-flexible dynamical system, the flexible spacecraft is modeled as a rigid hub with two solar panels equipped with piezoelectric (PZT) sensors and actuators. A passive fault-tolerant integral sliding mode control algorithm using a nominal proportional-derivative control algorithm and an improved fault-tolerant algorithm with time-varying additive fault is developed to increase system’s performance, prevent the system's flexible modes excitations in the phase of reaching the sliding surface. Therefore, when the system enters the sliding mode, the closed-loop dynamic behavior, including actuator faults, will be identical to that of the system without faults. It is possible to reduce the residual vibrations caused by the attitude dynamics and actuator faults by simultaneously activating the strain rate feedback (SRF) vibration control algorithm during the maneuver. The performance of the proposed integral fault-tolerant control in terms of the flexible modes excitation, the control effort, and achieving the desired attitude parameters in a comparative study demonstrated its advantage and superiority over the conventional integral sliding mode algorithms.

    Keywords: Piezoelectric, Fault tolerant control, Active vibration control, Integral sliding mode control, Flexible spacecraft