فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک و ارتعاشات
سال نهم شماره 2 (پیاپی 31، تابستان 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/05/15
  • تعداد عناوین: 7
|
  • علی اصغر بینائیان، احسان جمشیدی*، علیرضا ارغوان صفحات 7-13

    هدف از این مقاله معرفی یک رویکرد جدید برای عیب یابی خطوط لوله انتقال گاز با استفاده از امواج مکانیکی است. در این مقاله تلاش شده است با استفاده از خصوصیات فرکانس طبیعی و تغییر آن، روشی جهت پیدا کردن عیوب ارایه گردد. با توجه به ارتباط جرم و سفتی در تعیین فرکانس طبیعی، به جای ایجاد عیب (کاهش سفتی) از افزایش جرم استفاده شده است. روش ارایه شده شامل مدل سازی  لوله 2 اینچی به طول2 متر در نرم افزار آباکوس و بررسی فرکانسهای طبیعی لوله در حالت سالم و دارای عیب (ایجاد ترک) است . سپس نسبت به تعیین جرم معادل برای مدل سازی عیوب اقدام شده است و در ادامه لوله فوق تحت آنالیز مودال تجربی قرار گرفت و با ایجاد عیوب مصنوعی (افزودن جرم)، حالتهای مختلف آن آزمایش گردید. سپس از اطلاعات به دست آمده درآموزش شبکه عصبی پرسپترون در محیط نرم افزار متلب استفاده شده است و خروجی برنامه مکان عیب و شدت آن (مقدار جرم) می باشد.

    کلیدواژگان: لوله گاز، آباکوس، فرکانس طبیعی، شبکه های عصبی، عیب یابی
  • علی مختاریان*، فائزه جهانشاه صفحات 14-19
    امروزه با پیشرفت علم مهندسی در زمینه ی پزشکی، استفاده از سیستم های توانبخشی رباتیکی جهت درمان ناتوانی حرکتی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. طراحی و ساخت این دستگاه ها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. یکی از مهم ترین وسایل توانبخشی مورد استفاده سیستم های کمک حرکتی پا هستند که از جمله مسایل مهم در راستای طراحی و ساخت این سیستم ها حرکت دادن پا بر اساس الگوی صحیح راه رفتن می باشد. در این مقاله طراحی یک دستگاه فعال یک درجه آزادی جهت توانبخشی پای افراد ناتوان ارایه شده است. مدل پیشنهادی مبتنی بر ساختار یک مکانیزم چهارمیله ای است که پارامترهای طراحی و ساخت آن با بکارگیری الگوریتم بهینه سازی ژنتیک به گونه ای انتخاب می شوند که حرکت پا کمترین اختلاف را با الگوی راه رفتن دارا باشد. پس از استخراج معادلات سینماتیکی حلقه بسته ی سیستم و حل آن ها، بهینه سازی با تمرکز بر روی هر یک از مفاصل ران و زانو به طور جداگانه با تغییر مناسب ضرایب وزنی تابع هدف (W1 و W2) به انجام رسیده است. با توجه به تابع هدف بهینه سازی تعریف شده، با افزایش W1 نسبت به W2 قابلیت سیستم در نزدیک نمودن زاویه ی مفصل ران به تابع زمانی مطلوب و با افزایش W2 نسبت به W1 توانایی دستگاه در نزدیک کردن زاویه ی مفصل زانو به تابع زمانی متناظر افزایش می یابد. نتایج بدست آمده گویای توانایی دستگاه در توانمندسازی حرکت پای افراد ناتوان در جهت بازتوانی حرکت مطلوب راه رفتن برای آنهاست.
    کلیدواژگان: مدلسازی سینماتیکی، مکانیزم چهار میله ای، توانبخشی، بهینه سازی
  • حسام تراب زاده کاشی، محسن مردانی* صفحات 20-25
    در این این مقاله بررسی تاثیر خواص مواد مختلف بر روی فرکانسهای طبیعی و شکل مود ارتعاشی پوسته دیفرانسیل نوعی ماشین سنگین مورد بررسی قرار گرفته است. خواص مکانیکی مواد مختلف نقش بسزایی در تعیین فرکانسهای خروجی و تغییر شکلهای ارتعاشی در یک سیستم ایفا میکنند. به این منظور در نرم افزار طراحی CATIA مدل دیفرانسیل ایجاد و به نرم افزار شبیه ساز ABAQUS وارد شده است که قابلیت بالایی در تخمین رفتار دینامیکی سیستم های مختلف دارد. موادی نظیر چدن خاکستری با قابلیت جذب ارتعاش بالا، فولاد با چگالی و صلبیت زیاد و آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم با چگالی پایین برای پوسته دیفرانسیل مورد بررسی قرار گرفته اند. نتایج بررسی نشان داد که محدوده فرکانس طبیعی پنج مود اول ارتعاشی در این مواد با یکدیگر متفاوت و انتخاب چدن خاکستری می تواند ضمن کاهش ارتعاش از ایجاد پدیده تشدید جلوگیری نماید. بخش دیگری از شبیه سازی عددی به بررسی تاثیر نوع اتصال بین دو قسمت دیفرانسیل بر روی رفتار دینامیکی اختصاص یافته است. به این منظور یکی از پیچ های اتصال دو قسمت دیفرانسیل به صورت محکم نشده در نرم افزار وارد شد، عیبی که ممکن است در هنگام تعمیرات توسط اپراتور ایجاد شود. نتایج شبیه سازی عددی حاکی از اینست که با محکم نکردن تنها یکی از پیچ های اتصال، فرکانس های طبیعی حدود 3 تا 4 درصد کاهش می یابد که این امر می تواند احتمال ایجاد پدیده تشدید را افزایش دهد.
    کلیدواژگان: تحلیل ارتعاشی، روش اجزا محدود، پوسته جعبه دنده، ماشین سنگین، خواص مواد
  • شهرام یاره یی* صفحات 26-33
    از روش های نوین آزمون و ارزیابی های غیرمخرب فراصوتی، استفاده از پروب هایی با چند المان تحریک پذیر جهت انتشار امواج در ماده می باشد. پروب آرایه فازی خطی، نوعی از پروب های آرایه فازی است که چینش المان ها در آن به طور ردیفی در امتداد یک خط می باشد. در این پژوهش، ضمن معرفی آزمون های غیرمخرب فراصوت آرایه فازی، با ارایه ی ملاحضات حل معادله موج به کمک اجزا محدود و با استفاده از نرم افزار آباکوس، آزمون فراصوت آرایه فازی با یک پروب 8 المانی خطی مدلسازی می شود. انتشار دسته پرتو امواج فراصوتی در نمونه به دو صورت مستقیم و مورب شبیه سازی خواهد شد که اساس پایش مستقیم و قطاعی هستند. از مهمترین نکاتی که باید در شبیه سازی انتشار دسته پرتو امواج فراصوت با المان های متعدد لحاظ شود، اعمال تاخیر زمانی تحریک هر المان با توجه به جهت انتشار موج می باشد. در این مقاله به نحوه ی محاسبه ی تاخیرهای زمانی اشاره می شود. جهت راستی آزمایی نتایج آباکوس، بخشی به عنوان صحت سنجی در این مقاله ارایه می شود. استفاده از روش اجزا محدود و نتایج آن علاوه بر بهبود درک مفاهیم آزمون فراصوت آرایه فازی، طراحی آزمون با فرض شرایط مختلف که در نتیجه ی آزمون تاثیر گذار می باشند، با صرف حداقل هزینه و زمان ممکن می شود.
    کلیدواژگان: آزمون فراصوت، پروب آرایه فازی، آرایش خطی المان ها، تاخیر زمانی، روش اجزا محدود، شبیه سازی انتشار موج
  • سید علی افتخاری*، محمد خواجه خباز، محمد هاشمیان صفحات 34-45
    امروزه پیش بینی رفتار ارتعاشی و دینامیکی سازه های میکرو مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. در این پژوهش تحلیل ارتعاشات و کنترل میکروتیر یکسر گیردار به همراه لایه های پیزوالکتریک عملگر و حسگر با فرض اثرات تنش سطح مورد ارزیابی قرار گرفته است. معادلات دیفرانسیل حاکم با استفاده از روش انرژی و اصل همیلتون استخراج شده و از روش مجموع مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته برای گسسته-سازی و تبدیل معادلات دیفرانسیل پاره ای به دسته معادلات دیفرانسیل معمولی استفاده شده است. اثر تغییرات هندسه مدل و مدول الاستیسیته سطح، تنش پسماند سطح و چگالی سطحی بر فرکانس طبیعی مدل میکروتیر با لایه های پیزوالکتریک بررسی شده است. همچنین تاثیر طراحی کنترلر بهینه خطی بر تغییرات پاسخ دینامیکی و ولتاژ کنترلی پیزوالکتریک مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان دهنده ی افزایش سرعت پاسخ و کاهش سریعتر دامنه ارتعاشی مدل با طراحی کنترل بهینه خطی است.
    کلیدواژگان: میکروتیر، لایه های پیزوالکتریک، اثرات انرژی سطح، تحلیل ارتعاشات آزاد، کنترل بهینه خطی
  • حسین پیرزاده، علیرضا محمدیون*، آرمن آدامیان صفحات 46-54

    این مقاله به شناسایی مودال ساختار ماشینهای دوار با استفاده از روش تخمین طی دو آزمایش می پردازد. آزمایش 1) شناسایی یک سیستم کامل بدون نیاز به ‏اندازه ‏گیری یک ردیف از ماتریس FRF درحالیکه یک ستون ماتریس مشخص باشد، با استفاده از یک مدل شبیه‏ سازی روتور با چهار درجه آزادی. آزمایش 2) شناسایی پارامترهای موجود در یک سیستم صنعتی که در آزمایش1 نمایان نشده است. سیستم آزمایشی یک سیستم ارتعاشی پیوسته بوده بنابراین شناسایی آن نیازمند استفاده از روشی است که آنرا به مانند یک سیستم گسسته توصیف کند و اغتشاش در‏اندازه ‏گیر یها نشان داده شده تا بتوان سیستم پیوسته را با یک مدل کوتاه در محدوده‏ی فرکانسی معین بیان کرد، آنگاه امکان تخمین پارامترهای مودال آن وجود دارد. همچنین نشان داده شد که دقتی که با آن بردارهای ویژه چپ تعیین می‏شوند می تواند تحت تاثیر دقتی باشد که با آن ثابت ‏های مودال مربوط به همان مودها، از داده‏های‏ اندازه ‏گیری شده، تعیین می گردند. بنابراین می توان این نتیجه را گرفت که بردارهای ویژه چپ خود تحت تاثیر حضور اغتشاش موجود در‏اندازه ‏گیری قرار خواهند گرفت. اثرات وجود اغتشاش برای درجات آزادی با دامنه ‏های پاسخ کوچک برای نواحی فرکانسی در مجاورت مودهای نزدیک به هم، برجسته ‏تر خواهد بود. همچنین علیرغم وجود ارتعاش، بردارهای ویژه چپ پیش بینی شده برای مشخص کردن یک ردیف از ماتریسFRF با استفاده از‏ اندازه ‏گیری یکی از ستون‏ های آن مناسب است.

    کلیدواژگان: روش تخمین، ماشینهای دوار، مودال
  • حسین رجبی، علی حیدری* صفحات 55-65
    در این تحقیق، فرآیند جوشکاری پرتو الکترونی لب به لب دو ورق فولادی P91 در دو بعد و در مدت زمان کوتاه با دقت قابل قبول در دو مرحله تحلیل غیر کوپله حرارتی و مکانیکی به انجام رسیده است. نتایج تنش های پسماند با نتایج آزمایشگاهی و عددی محققان دیگر اعتبارسنجی شده است که تطابق خوبی را نشان می دهد. در ادامه تحقیق با اعمال عملیات حرارتی بعد از جوشکاری سعی شده است تنش های پسماند کاهش پیدا کند. سپس تاثیر پارامترهای سیکل عملیات حرارتی مانند میزان توان حرارت ورودی، زمان حرارت دهی، زمان نگه داشتن دما و ضریب انتقال حرارت جابجایی در بازه سرد شدن بر روی میزان کاهش تنش پسماند بررسی شده است. با بررسی نتایج تاثیرات پارامترها، یک سیکل عملیات حرارتی بهینه جهت کاهش حداکثری تنش پسماند ارایه شده است که با اعمال این سیکل بهینه تنش پسماند ماکزیمم به میزان 55 درصد کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: جوشکاری پرتو الکترونی، اتصال لب به لب، تنش های پسماند، عملیات حرارتی پس از جوش
|
  • AliAsghar Binaieyan, Ehsan Jamshidi *, Alireza Arghavan Pages 7-13

    The purpose of this paper is to introduce a new approach for troubleshooting of gas pipelines using mechanical waveforms. In this paper, an attempt has been made to determine the defects by using natural frequency characteristics and changes. Due to the relationship between mass and stiffness in determining the natural frequency, a mass increase has been used instead of the reduction of stiffness. The proposed method involves modeling a 2-inch pipe with a length of 2 m in the Abaqus software and examining the natural frequencies of the pipe in a state of intact and defective (cracking). Then, an equivalent mass value was applied to model the defects. Subsequently, the pipe was subjected to experimental modal analysis and various conditions were tested by creating artificial defects (adding mass). Then, the obtained information was used in the study of the perceptron neural network in MATLAB software, and the program output is the defect location and its severity (mass value).

    Keywords: Gas pipe, ABAQUS, Natural frequency, Neural network, Fault Detection
  • Ali Mokhtarian *, Faezeh Jahanshah Pages 14-19
    Today, with advances in medical, using robotic rehabilitation systems for treating incapability movements have been taken into consideration so much. One of the most important means of rehabilitation systems are used for auxiliary lower leg motion systems that the main factor in design and construction of these systems is moving leg according to the correct walking pattern. In this paper, design of an active device with one degree of freedom is provided for rehabilitating the weak leg of disable people. The proposed model is based on the structure of a four-bar mechanism. Its design and construction parameters with use of genetic optimization algorithm are selected in such a way that leg motions have the least difference with the pattern of walking. After the extraction of the kinematic equations of the closed-loop system and solving them, optimization with focusing on each joint of hip and knee is done separately with appropriate difference with weighting coefficients of objective function (W1, W2). Due to the defined optimization objective function, with increasing W1 respect to W2, the ability of system will increase in approximating the angle of hip joint to the optimal time function and by increasing W2 respect to W1, the ability of device will increase in approximating the angle of knee joint to the corresponding time function. The results indicated that the device ability for empowerment of leg motion of the disable people is in the way to rehabilitate the desired walking movement for them.
    Keywords: Kinematic Modeling, Four-Bar Mechanism, Rehabilitation, Optimization
  • Hessam Torabzadeh Kashi, Mohsen Mardani * Pages 20-25
    In this paper the influence of various properties of materials on the natural frequencies and vibration mode shapes in a differential casing for the heavy car is studied. Mechanical properties play an important role in determining the output frequencies and vibrational deformations. For this purpose, the differential model was designed in software CATIA and entered in simulation software ABAQUS which has the high ability to estimate the dynamic behavior of different systems. Materials such as gray cast iron with high vibration damping, steel with high density and rigidity, aluminum and magnesium alloys with low density were evaluated for the differential casing. The results showed that the natural frequency of the first five vibrational modes differ in the materials and by choosing gray cast iron can prevent a resonance phenomenon. Another part of the numerical simulation is dedicated to the effect of connection type between two parts of differential on the dynamic behavior. For this purpose, one of the screws for connecting the two parts of the differential was not secure, a defect that may be caused by an operator when repairs. For one bolt loosened condition natural frequency decreases about 3 to 4 percent. This can increase the chance of a resonance effect.
    Keywords: Vibration analysis, Finite Element Method, Gearbox Housing, Heavy Machine, Properties of Materials
  • Shahram Yareiee * Pages 26-33
    Ultrasonic Phased Arrays are an emerging technology in nondestructive testing and evaluation. The type of linear phased array probe is a prevailing type in which elements are placed side by side and longitudinally. In this paper ultrasonic phased array testing (UPAT) is introduce and in order to modeling and design UPAT consideration of wave equation solution by Finite Element is proposed. ABAQUS 6.14 is used as finite element software. Wave propagation in two form is simulated, straight and inclined. Direct and sectorial scanning is based on these forms of waves propagation. Time delay is the most important issue that should be considered in UPAT modeling. Results of simulation is verified by comparing previous research in UT field. Finally, results in additional to proposed the obvious view of UPAT, it's so useful for properly design probes and defect detection UPAT devices. Using finite element methods in this field is cost and time effective.
    Keywords: Ultrasonic test, Phased array probe, Linear arrange elements, Time delay, Finite Element Method, Wave propagation simulation
  • Seyedali Eftekhari *, Mohammad Khajekhabaz, Mohamad Hashemian Pages 34-45
    Nowadays, accurate prediction of micro structure vibration and dynamic behavior have been considered by many researchers. In this work, vibration analysis and control of cantilever micro-beam integrated with piezoelectric actuator and sensor layers considering surface effects have been investigated. Hamilton’s principle and Energy method are used to derive governing partial differential equation of the motion. GDQM is applied to discretize the PDE into the ordinary differential equation. The effects of system geometry, Young’s modules of surface stress, surface residual stress and surface mass density on natural frequency are analyzed. Also, the effect of linear optimal controller design on dynamic the response time and piezoelectric control voltage has been evaluated. Results indicate that respond on model increases and vibration amplitude decreases faster.
    Keywords: Micro-beam, Piezoelectric layers, Surface energy effects, Free vibration analysis, Linear optimal control
  • Hossein Pirzadeh, Alireza Mohammadion *, Armen Adamian Pages 46-54

    In this article we aim to study the modal behaviour of rotary equipment via predictive method with two examinations. Exam 1: identifying of a complete system without need to measuring of one row of FRF matrix while one column of this matrix is identified. The whole examination is simulated with rotor at four freedom degree. Exam 2: identifying the available parameters in an industrial system which was not considered in exam 1. The experimental system is a continuous vibration system, so in order to identify such a system, we need to use a method that describe it into a discrete system to illustrate the turbulences in data measuring. After that, we can explain the continuous system with a short model at a certain frequency band. Furthermore, we can estimate the modal parameters. It is also showed that the accuracy which special left vectors were determined can actually affected by the accuracy of modal constants related to the measured data. As a result, the special left vectors are affected by turbulences of the measured data. The effects of turbulences on freedom degrees with small response amplitude at bond frequency in the vicinity of closed modes, are more distinguished. Despite of the vibrations, the predicted special left vectors for determining one row of FRF matrix is suitable with one measured column.

    Keywords: predictive method, Rotary Equipment, modal
  • Hossein Rajabi, Ali Heidari * Pages 55-65
    In this research, the electron beam welding process of P91 steel plates was simulated by the finite element method in two dimensions and in a short time with acceptable accuracy in two steps (non-coupled thermal and mechanical analysis). The simulation results were validated with experimental and numerical results presented by other researchers. Moreover, by applying post weld heat treatment, the residual stresses were reduced. Then, the effect of heat treatment cycle parameters such as heat input power, heating time, holding time and cooling rate were investigated on the quantity of residual stress reduction. By examining the results of the effects of the parameters, an optimum heat treatment cycle is introduced to maximum reduction of the residual stress. Using this optimum heat treatment cycle, the residual stress value was reduced to 55 percent.
    Keywords: Electron beam welding, Butt weld joint, Residual stresses, Post weld heat treatment