فهرست مطالب

مجله مهندسی ساخت و تولید ایران
سال نهم شماره 11 (بهمن 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/08/02
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدحسین مظفری*، مهدی زارع مهرجردی صفحات 1-12
    تعیین ساختار داخلی اجسام مانند شناسایی ناخالصی ها، تعیین خواص مکانیکی و شناسایی مرزهای داخلی و حفره ها، یکی از موضوعات مهم در صنایع می باشد. در این مقاله، تاثیر خواص مکانیکی مواد و تاثیر محل مرز مشترک آن ها در حل مسیله معکوس شناسایی مرزهای داخلی یک جسم ناهمگن، متشکل از دو جسم همگن به همراه تخمین هم زمان مدول الاستیسیته و ضریب پواسون مواد تشکیل دهنده آن، مورد بررسی قرار گرفته است. حل مسیله معکوس شناسایی با استفاده از ترکیب روش عددی المان های مرزی به همراه روش بهینه سازی الگوریتم رقابت استعماری به عنوان روش بهینه سازی همگانی و روش سیمپلکس به عنوان روش بهینه سازی محلی انجام شده است. از نتایج به دست آمده می توان به کارایی روش بهینه سازی رقابت استعماری و روش سیمپلکس در تخمین خواص مکانیکی دو ماده به همراه شناسایی مرز بین آن ها پی برد. همچنین از نتایج به دست آمده مشاهده می شود که با نزدیک شدن مرز به قسمت پایینی ماده و نزدیک شدن خواص مکانیکی مواد تشکیل دهنده جسم، میزان خطای تخمین مرز برای مثال های حل شده تا 65/8% افرایش می یابد که باز نشان دهنده توانایی این روش برای تخمین مرز می باشد. همچنین در بررسی اثر خطاهای غیرقابل اجتناب در اندازه گیری جابجایی ها، با افزایش درصد خطا، همگرایی به مرز واقعی کمتر شده به طوری که برای خطای 5% به بالا هندسه مرزهای داخلی به مرزهای غیرواقعی همگرا شده و دیگر اعتباری به محاسبات نیست.
    کلیدواژگان: الگوریتم رقابت استعماری، جسم ناهمگن، روش المان های مرزی، روش بهینه سازی سیمپلکس، شناسایی مرزها
  • سیدمحمدباقر میرافضلی، علی حسن آبادی* صفحات 13-20
    ساختارهای متخلخل به علت عملکرد چندگانه ای که دارند مورد توجه پژوهشگران از زمینه های مختلف می باشند. در این پژوهش نحوه جذب انرژی ساختارهای متخلخل طراحی شده بر اساس سطح مینیمال شوارز پی، مورد بررسی قرار می گیرد. به این منظور سه نمونه مکعبی طراحی و مورد تست فشار قرار می گیرد. دو نمونه از جنس پلی لاکتیتک اسید که یکی از آن ها کاملا توپر و دومی با پنجاه درصد تخلخل می باشد به کمک روش لایه نشانی ذوبی پرینت می شود. نمونه سوم از جنس رزین یو وی و با پنجاه درصد تخلخل، به کمک روش استریولیتوگرافی ماسک دار ساخته می شود. در ادامه هر سه نمونه تحت تست فشار قرار گرفته و نمودارهای نیرو-جابه جا یی و همچنین انرژی-جا به جایی استخراج می شود. نتایج به دست آمده نشان می دهد که رفتار نمونه رزینی کاملا به صورت ترد می باشد و قابلیت تغییر شکل و جذب انرژی ندارد. در مقابل نمونه متخلخل از جنس پلی لاکتیک اسید تا کرنش 70% تحت تغییر شکل قرار گرفته است. همچنین مقایسه دو نمونه توپر و متخلخل از جنس پلی لاکتیک اسید نشان می دهد که مقدار انرژی جذب شده در نمونه متخلخل حدود یک سوم، اما نحوه جذب انرژی در آن به صورت نرم و هموار می باشد.
    کلیدواژگان: ساختار شوارز پی، ساختار متخلخل، جذب انرژی، تست فشار، پرینت سه بعدی
  • احمد مشایخی*، عماد ایمانیان، وحید مدانلو، بهنام آخوندی صفحات 21-34
    ربات های لامسه ای جهت شبیه سازی اجسام مجازی برای کاربر آن مورد استفاده قرار می گیرند. دینامیک ربات لامسه ای و دست کاربر، تاثیر به سزایی در پایداری و عملکرد ربات لامسه ای دارند. در این پژوهش شناسایی دینامیک دست کاربر و ربات لامسه ای با استفاده از روش های بهینه سازی کلونی زنبورعسل مصنوعی، الگوریتم بهینه سازی کلاغ و الگوریتم ژنتیک، طی آزمایش هایی در دو حالت انجام شده است. در حالت اول صرفا دینامیک ربات لامسه ای شناسایی شده، سپس در حالت دوم روش های مذکور برای شناسایی هم زمان دینامیک دست کاربر و ربات لامسه ای تعمیم داده شده اند. برای این منظور ابتدا در هر حالت مرز پایداری تیوری به صورت تابعی از پارامترهای دینامیکی موجود به دست آمده است؛ سپس با انجام آزمایش هایی برای روی ربات کوکا سبک وزن 4 در دو حالت حضور و عدم حضور دست کاربر، مرز پایداری تجربی به دست آمده است. در ادامه با استفاده از روش بهینه سازی کلونی زنبورعسل مصنوعی، کلاغ و همچنین الگوریتم ژنتیک، در هر حالت پارامترهای دینامیکی مورد نظر به گونه ای به دست آمده اند که اختلاف بین مرز پایداری به دست آمده تیوری و تجربی حداقل شود. بررسی ها نشان می دهند درحالی که هر سه روش به خوبی توانسته اند شناسایی پارامترها را انجام دهند، روش الگوریتم ژنتیک در این زمینه خطای کمتری را ایجاد کرده و عملکرد بهتری دارد.
    کلیدواژگان: کلونی زنبورعسل مصنوعی، الگوریتم بهینه سازی کلاغ، الگوریتم ژنتیک، ربات لامسه ای، پایداری، شناسایی پارامترهای دینامیکی
  • نوشین قنادی، امین فرخ آبادی*، شهرام حسینی صفحات 35-44
    در این پژوهش یک ساختار شبکه ای 4×4 مربعی از جنس تیتانیوم با استفاده از پارامترهای مرتبط تحت نیروی کششی بهینه سازی شده است. ساختار شبکه ای یک ساختار چهارضلعی با طول ضلع L و زاویه Θ می باشد و ترتیب شکست دیواره ها با استفاده از نرم افزار متلب و روش المان محدود مقایسه شده است. در پژوهش حاضر تابع هدف در بهینه سازی، افزایش جذب انرژی و به حداقل رساندن بیش ترین تنش در نظر گرفته شده است و تاثیر پارامترهای اندازه اضلاع و زوایای مختلف در این ساختار مورد بررسی قرار گرفته است. 100 حالت مختلف برای مقادیر L و Θ با خروجی مساحت زیر نمودار (انرژی جذب شده) و بیش ترین تنش و کرنش از نرم افزار متلب به دست آمده است. با داشتن داده های ورودی (L و Θ) و خروجی (انرژی جذب شده و بیش ترین تنش)، شبکه عصبی آموزش داده شده و با استفاده از مدل رگرسیون در شبکه عصبی میزان پیش بینی با دقت بالای 99 درصد به دست آمده است که از دقت بالایی برخوردار می باشد. تابع ارتباط بین ورودی ها و خروجی های شبکه عصبی از نرم افزار متلب به دست آمده است و بهینه سازی این ساختار شبکه ای 4×4 با استفاده از الگوریتم ژنتیک صورت گرفته است. تابع هدف در این پژوهش افزایش جذب انرژی و به حداقل رساندن بیش ترین تنش می باشد تا سازه شبکه ای بیش ترین استحکام را با در نظر گرفتن پارامترهای مورد بررسی داشته باشد.
    کلیدواژگان: یادگیری ماشین، الگوریتم ژنتیک، شبکه عصبی مصنوعی، شکست، تیتانیوم، ساختار شبکه ای مربعی
  • امین شفیع نژاد بجندی، علیرضا فیاضی خانیگی، مسعود قرمزی*، محمدرضا بیات صفحات 45-53
    عملیات شوک دهی لیزری، یک عملیات بهینه سازی سطح است که منجر به بهبود خواص مکانیکی از جمله افزایش استحکام خستگی، سختی سطح و استحکام کششی می گردد. این بهبود خواص را می توان به ایجاد تنش پسماند و کارسرد انجام شده بر روی سطح قطعه نسبت داد. در این روش نوین که به عنوان جایگزینی برای روش های ساچمه کوبی و کوبش با امواج ماورای صوت به شمار می رود، عوامل متعددی از جمله چگالی توان، درصد هم پوشانی، نوع لایه محافظ و تعداد دفعات شوک دهی و... تاثیرگذار است. در این پژوهش آلیاژ آلومینیوم Al2014-T6 که کاربرد وسیعی در صنایع هوایی از جمله چرخ هواپیما دارد، با هدف افزایش استحکام و عمر خستگی تحت شوک دهی قرارگرفته است. فرایند شوک دهی به ترتیب یک بار، سه بار و پنج بار بر روی این آلیاژ اعمال شد تا اثر حالت های مختلف شوک دهی بررسی شود. در ادامه مقدار تنش پسماند به کمک آزمون پراش اشعه ایکس و تغییرات زبری سطح توسط میکروسکوپ نیروی اتمی بررسی و سپس آزمون خستگی، کشش و ریز سختی سنجی بر روی قطعه انجام گرفت. نتایج آزمایش ها نشان می دهند که با افزایش تعداد دفعات شوک دهی لیزری و به شرط عدم وقوع ذوب و تخریب سطحی، مقدار تنش پسماند فشاری افزایش می یابد که این امر منجر به افزایش 300 درصدی عمر خستگی و 25 درصدی ریزسختی سطح می شود؛ همچنین مشخص گردید علاوه بر بهینه سازی پارامترها، افزایش دفعات شوک دهی نیز می تواند زبری سطح و استحکام کششی را دچار تغییر کند.
    کلیدواژگان: شوک دهی لیزری چندباره، تنش پسماند، عمرخستگی، آلومینیوم 2014-T6
  • محمود شیرزادی، حمید سلیمانی مهر*، شهرام اعتمادی حقیقی صفحات 54-65
    امروزه استفاده از سرامیک ها و آلیاژهای سخت در صنایع پیشرفته باعث شده تا روش های نوینی مانند ماشین کاری تخلیه الکتریکی به منظور کاهش معایب روش های سنتی براده برداری این مواد ایجاد شود. این روش ها نیز به نوبه خود دارای ایرادهایی از جمله کیفیت سطح ماشین کاری هستند که در این مقاله با استفاده از یک میدان مغناطیسی متناوب خارجی و انجام آزمایش های عملی بر روی آلیاژ سخت اینکونل 718 در رفع تعدادی از آن ها تلاش شده است. در این نوشته برای ایجاد یک میدان مغناطیسی خارجی با استفاده از جریان متناوب حول منطقه انجام فرایند تخلیه الکتریکی یک پیچه هلمهولتز پیشنهاد شده است. در روش سنتی و پیشنهادی، شعاع کانال پلاسما مدل سازی ریاضی -عددی می شود و برای صحت سنجی نتایج تیوری، آزمایش های تجربی تعریف می گردد. مقایسه یکنواختی سطح (مورفولوژی) و زبری سطح (Ra) به عنوان پارامترهای اثربخشی بین روش سنتی و روش پیشنهادی در نظر گرفته شده اند. کانال پلاسما استوانه ای فرض شده است. جهت کنترل زبری سطح از یک زبری سنج استفاده شد. نتایج مدل سازی ریاضی-عددی کاهش 10% قطر کانال پلاسما را نشان می دهد. طبق نتایج به دست آمده میزان زبری سطح در زمان های ثابت، کاهش یافته است. مبنای صحت سنجی روش پیشنهادی، مقایسه پارامترهای خروجی کیفیت سطح ماشین کاری در آزمایش های تجربی می باشد.
    کلیدواژگان: میدان مغناطیسی متناوب، کانال پلاسما، ماشین کاری تخلیه الکتریکی، مدل سازی ریاضی
|
  • Mohammad Hossein Mozaffari *, Mehdi Zare Mehrjardi Pages 1-12
    Determining the internal structure of objects such as identification of impurities, estimation of mechanical properties and identification of internal boundaries and cavities is one of the important issues in industries. Objective of the present article is to investigate the effect of the mechanical properties and the effect of the location of the interfacial boundary in solving the inverse problem of identifying the internal boundaries of a Non- homogeneous body, consisting of two homogeneous bodies, along with the estimation of the modulus of elasticity and Poisson's ratio of its components. The solution has been done using the combination of the numerical method of boundary elements method along with the optimization method of the Imperialist Competitive Algorithm (ICA) and the simplex method. The obtained results, show the effectiveness of the ICA optimization and the simplex method in estimating the mechanical properties and identifying the interfacial boundary configurations. But, as the boundary approaches the lower part of the material and the mechanical properties approach, the boundary estimation error increases to 8.65% for the solved examples, which again indicate the strength of this method to estimate the boundary. Also, in the investigation of the effect of unavoidable errors in the measurement of displacements, with the increase in the error percentage, the convergence to the real boundary is reduced, so that for error greater than 5%, the geometry of the internal boundaries converges to unrealistic boundaries and the calculations are no longer valid.
    Keywords: Imperialist Competitive Algorithm (ICA), Non-homogeneous Body, Boundary Elements Method (BEM), Simplex Optimization Method, Identification of Boundaries
  • Seyyed Mohammad Bagher Mirafzali, Ali Hasanabadi * Pages 13-20
    Porous structures are of interest to researchers from different fields due to their multiple functions. In this research, the quality of energy absorption of porous structures designed based on Schwarz P minimal surface is investigated. For this purpose, three cubic samples are designed and tested using pressure test. Two samples of polylactic acid, one of which is completely solid and the second with 50% porosity are printed using the fused deposition modeling method. The third sample is made of UV resin with 50% porosity, using the masked stereolithography apparatus. In the following, all three samples are subjected to a pressure test, and force-displacement and energy-displacement diagrams are extracted. The obtained results show that the behavior of the resin sample is completely brittle and does not have ductility and the ability to absorb energy. In contrast, the PLA sample has undergone deformation up to 70% strain. Also, the comparison of two solid and porous polylactic acid samples shows that the amount of energy absorbed in the porous sample is about one-third, but the absorption quality is soft and smooth.
    Keywords: Schwarz P structure, Porous Structure, Energy absorption, pressure test, 3D Printing
  • Ahmad Mashayekhi *, Emad Imanian, Vahid Modanloo, Behnam Akhoundi Pages 21-34
    Haptic Devices (HDs) are used to simulate virtual objects for the user. The dynamics of the HD and the opertator’s hand have a great effect on the stability and performance of the HD. In this research, the dynamic identification of the user's hand and HD has been done using methods of Artificial Bee Colony Optimization (ABCO), Crow Search Algorithm (CSA), and Genetic Algorithm (GA), during experiments in two cases. In the first case, only the dynamics of the HD has been identified, then in the second case, the mentioned methods have been generalized for the simultaneous recognition of the dynamics of the user's hand and the HD. For this purpose, first, in each case, the theoretical stability boundary is obtained as a function of the available dynamic parameters. Then, by performing experiments on the KUKA Light Weight 4 robot in two cases of presence and absence of the operator’s hand, the experimental stability boundary has been obtained. Afterwards, by using ABCO, CSA, and GA in each case the desired dynamic parameters are obtained in such a way that the difference between the theoretical and experimental stability boundary is minimized. Studies show that while all three methods have been able to identify the parameters well, the GA method produces less error and has a better performance in this field.
    Keywords: Artificial bee colony optimization, Crow Search Algorithm, Genetic Algorithm, Haptic device, Stability, Dynamic parameter identification
  • Noushin Ghanadi, Amin Farrokhabadi *, Shahram Hosseini Pages 35-44
    In this study, a 4×4 square network structure made of titanium has been optimized under tensile force using relevant parameters. The network structure is a quadrilateral structure with a side length of L and ϴ, and the fracture order of the walls has been compared using MATLAB software and simulation with Abaqus software, and the results of the fracture order of the structure match each other. In the present study, the objective function in optimization is to increase energy absorption and minimize the maximum stress, and the effect of parameters such as side lengths and various angles in this structure has been investigated. 100 different cases have been obtained for values of L and ϴ with output of area under the curve (energy absorbed) and maximum stress and strain using MATLAB software. With input data (L and ϴ) and output data (energy absorbed and maximum stress), a neural network has been trained and a regression model has been used in the neural network to achieve a prediction accuracy of over 99%, which is a high level of accuracy. The relationship function between input and output of the neural network has been obtained using MATLAB software, and the optimization of this 4×4 network structure has been carried out using the genetic algorithm. The objective function in this study is to increase energy absorption and minimize the maximum stress so that the network structure has the highest strength considering the examined parameters.
    Keywords: Machine Learning, Genetic Algorithm, Artificial Neural Network, fracture, Titanium, Lattice structure
  • Amin Shafinejad Bejandi, Alireza Fayazi Khanigi, Masoud Ghermezi *, Mohammadreza Bayat Pages 45-53
    Laser shock peening is a surface optimization operation that leads to the improvement of mechanical properties such as increasing fatigue strength, surface hardness and tensile strength. This improvement of properties can be attributed to the creation of residual stress and cold work done on the surface. In this new method, which is considered as an alternative to the methods of peening and ultrasonic peening waves, there are many influential factors such as power density, percentage of overlap, type of protective layer and number of shocks, etc. In this research, Al2014-T6 alloy, which is widely used in aviation industries, including aircraft wheels, has been subjected to shock peening in order to increase its strength and fatigue life. Single, triple and quintuple shock processes were applied on this alloy to investigate the effect of different shock modes. Next, the amount of residual stress was analyzed with the help of X-ray diffraction analysis and changes in surface roughness by atomic force microscope, and then fatigue, tensile and microhardness tests were performed on the part. The results of the experiments show that with the increase in the number of times of laser shock and under the condition of no melting and surface destruction, the residual compressive stress increases, which leads to a 300% increase in fatigue life and a 25% increase in microhardness of the surface. It was also found that in addition to optimizing the parameters, increasing the shock frequency can also change the surface roughness and tensile strength.
    Keywords: Multiple laser shock peening, Residual Stress, fatigue, Aluminum alloy 2014-T6
  • Mahmood Shirzadi, Hamid Soleimanimehr *, Shahram Etemadi Haghighi Pages 54-65
    Today, the use of ceramics and hard alloys in advanced industries has led to the creation of new methods such as electric discharge machining in order to reduce the disadvantages of traditional methods of chipping these materials. In turn, these methods also have defects, such as the quality of the machining surface, which in this paper has been tried to solve some of them by using an external alternating magnetic field and conducting practical tests on Inconel 718 hard alloy. In this paper, a Helmholtz coil is proposed to create an external magnetic field using an alternating current around the area of the electric discharge process. In the traditional and proposed method, the radius of the plasma channel is modeled mathematically and numerically, and experimental tests are defined to validate the theoretical results. Comparison of surface uniformity (morphology) and surface roughness (Ra) are considered as effective parameters between the traditional method and the proposed method. The plasma channel is assumed to be cylindrical. A roughness meter is used to control surface roughness. The results of mathematical-numerical modeling show a 10% reduction in the diameter of the plasma channel. According to the obtained results, the amount of surface roughness (Ra) has decreased in fixed times. The basis of validation of the proposed method is to compare the output parameters of machining surface quality in practical tests.
    Keywords: Alternating magnetic field, plasma channel, electric discharge machining, Mathematical Modeling