فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و پنجم شماره 8 (آبان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/08/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مسعود امیرخانی، حامد شهبازی* صفحات 919-942
    هدف از این پژوهش، طراحی و ساخت یک مکانیزم گفتوگو بر مبنای متنکاوی و پردازش زبان طبیعی بر روی یک روبو خیمه شب باز با قابلیت یادگیری عمیق گفت وگو با رویکرد استدلال عمیق است. عروسک های خیمه شب باز یکی از قدیمی ترین عروسک ها در حوزه تعامل با مخاطبین است که به صورت مستقیم توسط یک گرداننده کنترل می شود. با توجه به پیشرفت های بیان شده در هوش مصنوعی و یادگیری عمیق، می توان شرایطی را فراهم کرد که وابستگی عروسک های خیمه شب باز به گرداننده کاهش یابد و با هوشمندی با مخاطبین ارتباط برقرار کند. این ربات، با تشخیص گفتار فارسی مخاطب، یک پاسخ مناسب برای پرسش تعیین می کند و به صورت صوتی و با زبان فارسی پخش می کند. اهمیت این موضوع در ایجاد مکانیزم گفت وگو مناسب است. این مکانیزم، یک الگوریتم یادگیری عمیق است که با تشخیص سوال مطرح شده توسط کاربر، یک مجموعه احتمالات از دسته بندی های قرارگرفته در مجموعه داده ربات ارایه می دهد و با در نظر گرفتن بالاترین احتمال، دسته موردنظر که پرسش کاربر در آن قرار می گیرد مشخص می شود و از بین پاسخ هایی که برای آن دسته سوال در نظر گرفته شده است، یک پاسخ به صورت تصادفی انتخاب می گردد. علاوه براین، مکانیزم گفت وگو روبو خیمه شب باز دارای چند بخش ساده شرطی است که می تواند به سوالات تکراری یا نامفهوم پاسخ مناسبی ارایه دهد.
    کلیدواژگان: روبو خیمه شب باز، هوش مصنوعی، یادگیری عمیق، شبکه عصبی، پاسخ هوشمند
  • سعید خسروی، مریم قصاب زاده سر یزدی* صفحات 943-970
    در این مقاله یک ربات موازی 5 درجه آزادی با مجری نهایی خطی بررسی می شود. در این ربات توانایی جهت گیری مجری نهایی در فضای کاری، مزیتی برای انجام فرایند ماشینکاری سطوح پیچیده است. با در نظر گرفتن چنین کاربردی، تحلیل عملکرد دینامیکی ربات از اهمیت بالایی برخوردار است. از طرفی ربات های موازی، فضای کاری محدودی دارند و تکینگی های درون آن ها، فضای کاری را محدودتر می کند. از این رو با تمرکز بر دو حوزه سینماتیک و دینامیک، در این مقاله رفتار عملکردی این ربات در فضای کاری مورد مطالعه قرار می گیرد. به منظور انجام تحلیل سینماتیکی، با استفاده از روابط هندسی و برداری، معادلات قید استخراج و به تبع آن، معالات حاکم بر سرعت و شتاب ربات بدست می آید. سپس با بکارگیری تیوری پیچه ماتریس ژاکوبین استخراج و با بررسی آن وضعیت تکینگی ها درون فضای کاری تعیین می گردد. با در نظرگرفتن تکینگی و محدودیت های فیزیکی و هندسی، الگوریتمی برای محاسبه فضای کاری ارایه می شود. همچنین با استفاده از ماتریس ژاکوبین، شاخص سینماتیکی چالاکی بعنوان معیاری برای نزدیکی ربات به نقاط تکینه بررسی می گردد. در ادامه، معادلات دینامیکی حاکم بر ربات با استفاده از تیوری پیچه که مزایای هردو روش اویلر-لاگرانژ و نیوتن را داراست، استخراج گردیده و نتایج حل مسایل سینماتیک و دینامیک با خروجی شبیه سازی مکانیزم در محیط سیمولینک متلب اعتبارسنجی می شود.
    کلیدواژگان: سینماتیک و دینامیک، فضای کاری، تکینگی، تئوری پیچه، ربات موازی
  • ستار مهدوری*، پدرام بختیاری هفت لنگ، حبیب سایه وند صفحات 971-994
    در این تحقیق پارامتر های بهینه با هدف افزایش راندمان و بهبود کیفیت برش سنگ ها با استفاده از جت آب ساینده از طریق مدل سازی جریان پر سرعت دوفازی (آب و ساینده) مورد بررسی قرار گرفته است. در تحقیق حاضر فرآیند برش سنگ توسط جت آب ذره ای به روش اجزاء محدود- هیدرودینامیک ذرات روان در نرم افزار LS-DYNA شبیه سازی شده است. برای این منظور اثر پارامتر های سرعت، زمان توقف، تغییر غلظت حجمی و تغییر قطر ذرات ساینده بر روی عمق و حجم برش سنگ های سیلت استون و شیل بررسی شده است. نتایج مدل سازی عددی نشان می دهد که با افزایش سرعت، مقدار عمق و حجم برش سنگ افزایش می یابد. همچنین با افزایش زمان توقف، انرژی مصرفی جت آب برای برش سنگ بیشتر می شود که منجر به افزایش عمق و حجم برش خواهد شد. با افزایش غلظت حجمی ذرات ساینده تا 3 درصد، عمق و حجم برش با شیب ملایم افزایش یافته و بعد از آن بهبود چشم گیری در افزایش عمق و حجم برش مشاهده نمی شود. با افزایش قطر ذرات ساینده تا 25/1 میلی متر برای سیلت استون و 1 میلی متر برای شیل عمق و حجم برش زیاد شده و بعد از آن عمق و حجم برش ثابت مانده و یا کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: جت آب ساینده، برش سنگ، روش اجزاء محدود، روش هیدرودینامیک ذرات روان
  • لیلا امامی، محمدمهدی برزگری*، محمدرضا زمانی صفحات 995-1008

    پیل های سوختی پلیمری به عنوان مولد انرژی، انرژی شیمیایی سوخت را به صورت مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل می نماید. از اجزای مهم پیل های سوختی پلیمری، صفحات دوقطبی هستند که نقش توزیع سوخت و اکسیدان و تسهیل مدیریت آب در داخل سلول و انتقال جریان الکتریکی را بر عهده دارند. در این پژوهش، نحوه ی شکست صفحات دو قطبی کامپوزیتی پایه گرافیت پیل های سوختی پلیمری تحت اثر بار های خمشی به روش تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفت. صفحات دوقطبی کامپوزیتی ساده و دارای سوراخ با رویکرد تعیین پایداری خمشی تحت بار استاتیکی آزمایش و شبیه-سازی شد. در تحلیل عددی، شبیه سازی مکانیکی به کمک روش اجزای محدود و با استفاده از نرم افزار آباکوس بکار گرفته شد. در ادامه، پس از ساخت نمونه های آزمایشگاهی، آزمون تجربی خمش سه نقطه ای بر روی آن ها با هدف صحه گذاری نتایج شبیه سازی انجام شد. در پایان، نتایج تحلیل های عددی و تجربی رفتار خمشی صفحات دو قطبی کامپوزیتی با یکدیگر مقایسه شد. مقایسه نتایج تحلیل های عددی و تجربی نشان داد که نتایج این دو روش انطباق قابل قبولی با یکدیگر داشته اند. علاوه بر این، وجود درصد گرافیت بالا و همچنین شکنندگی بالا موجب تضعیف جسم شده و تیرهایی از این جنس افزایش خیز نمونه را در پی داشته که این مسیله تنها به علت پیوند مولکولی گرافیت رخ می دهد که باعث سر خوردن گرافیت می شود.

    کلیدواژگان: پیل سوختی پلیمری، صفحات دو قطبی کامپوزیتی، خمش سه نقطه ای، شبیه سازی اجزای محدود، تحلیل تجربی
  • محمدجواد پیربرجسته، مهدی ایرانمنش، اسلام رنجبرنوده*، عماد چراغی ریزی صفحات 1009-1020

    خواص منحصربه فرد آلیاژهای سری 7000 آلومینیوم نظیر استحکام بالا، چگالی کم، شکل پذیری خوب و مقاومت به خوردگی تنشی باعث شده است تا در صنایع هوایی، خودروسازی و کشتی سازی موردتوجه قرار بگیرد. در این پژوهش ابتدا با استفاده از یک مدل اجزای محدود سه بعدی در نرم افزار ANSYS، انتقال حرارت حین جوشکاری TIG یک ورق آلومینیومی از جنس 7075-T6 با ضخامت 5 میلی متر مورد بررسی قرار گرفت و نتایج مدل با آزمایش های تجربی، صحه گذاری گردید و سپس افت سختی در منطقه متاثر از حرارت قطعه آلومینیومی با دقت بالا پیشبینی شد. برای بررسی تاثیر جوشکاری بر میزان افت سختی در منطقه متاثر از حرارت، نمونه های جوش داده شده مورد آزمایش میکرو سختی سنجی قرار گرفتند. با استفاده از نتایج مدل اجزاء محدود سینتیک فراپیری در نمونه های مختلف بررسی شد. نتایج بررسی ها نشان داد که مکانیزم های استحکام دهی این آلیاژ پیرسختی و کارسختی ناشی از نورد است. اینجا از پیرسازی طبیعی استفاده شد که نتیجه آن بازیابی سختی آلیاژ تا حدود 97 درصد سختی اولیه آلیاژ بود. به نظر می رسد که جوشکاری تاثیر پیری را از بین برده اما تاثیر چندانی روی کار سختی نداشته است. همچنین افت سختی در منطقه آنیل محلولی شده با عملیات حرارتی مناسب قابل جبران است، ولی در منطقه فراپیر شده قابل بازگردانی نیست.

    کلیدواژگان: شبیه سازی اجزاء محدود، جوشکاری TIG، نرم شوندگی، منطقه متاثر از حرارت، سینتیک فراپیری
  • مسعود اجری*، سینا اسمعلی پور صفحات 1021-1042
    ربات های نرم که از مواد هایپر الاستیک ساخته می شوند، به طور گسترده در صنایع،حمل و نقل و پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند. طراحی و تحلیل رفتار عملگر های نرم که بخش اصلی ربات های نرم را شامل می شود، به دلیل ماهیت غیر خطی مواد هایپرالاستیک، پروسه ای چالش برانگیز است. این مقاله تاثیر پارامتر های هندسی از جمله ضخامت دیواره ها، فاصله بین محفظه ها، ضخامت لایه های پایینی اول و دوم، ضخامت دیواره های جانبی، شکل سطح مقطع و انتخاب جنس ماده در ساخت عملگر را بر رفتار خمشی، تنش های ایجاد شده در دیواره های داخلی و نیروی حاصل نوک عملگر را مورد بررسی قرار داده است تا حالت بهینه هندسه و بهترین ماده با هدف ایجاد بیشترین زاویه خمش و بیشترین نیروی نوک عملگر بدست آید. برای مدل سازی دقیق رفتار مواد مهم سازنده عملگر نرم از قبیل: DS30، TPU،EF30 وRTV2، پیش بینی پنج مدل هایپرالاستیک نیوهوکین، ییو سه پارامتری، آگدن 1، آگدن 2 و مونی ریولین با رفتار تنش-کرنش بدست آمده از تست کشش تک جهته این مواد مقایسه شده و دقیق ترین مدل برای هر ماده انتخاب گردیده است. نتایج نشان می دهند، با کاهش ضخامت دیواره ها، فاصله بین محفظه ها، ضخامت لایه های پایینی و استفاده از سطح مقطع مربع و ماده RTV2، بیشترین زاویه خمش عملگر بدست می آید.
    کلیدواژگان: عملگر نرم ساختار شبکه ای، Dragon skin 30، خمش استاتیکی، مدل هایپرالاستیک آگدن
|
  • Masoud Amirkhani, Hamed Shahbazi * Pages 919-942
    The purpose of this research is to design and build a puppet robot with the capability of deep conversational learning with a deep reasoning approach. Due to the mentioned advances in artificial intelligence and deep learning, it is possible to provide conditions where the puppeteer's dependence on the handler is reduced and communicate with the audience intelligently. This robot, by recognizing the Farsi speech of the audience, determines a suitable answer to the question and broadcasts it in Persian language. The importance of this issue is in creating a suitable dialogue mechanism. This mechanism is a deep learning algorithm that by recognizing the question posed by the user, provides a set of possibilities from the categories included in the robot's dataset, and considering the highest probability, the desired category in which the user's question is placed is determined, and among the answers For that category of questions, an answer is chosen randomly. In addition, the puppet robot dialogue mechanism has a few simple conditional sections that can provide appropriate answers to repetitive or obscure questions. In the results of various trainings, by changing the parameters in the deep learning model of this robot with a 64-class dataset, it was found that the use of crowded layers with many neurons works better than a few layers of them,
    Keywords: Puppet robot, Artificial Intelligence, Deep learning, Neural Network, intelligent response
  • Saeed Khosravi, Maryam Ghasabzadeh Saryazdi * Pages 943-970
    This paper examines a parallel robot with 5 degrees of freedom with a linear platform. Parallel robots, have a restricted workspace, and singularities make the workspace even more confined. So the behavior of the robot in the working place is examined by focusing on kinematics and dynamics. To do kinematic analysis, the constraint equations are developed using the geometric relations, and the speed and acceleration equations of the robot are derived. The jacobian matrix is then calculated using the screw theory, and the state of the singularities in the workspace is determined based on the jacobian matrix. Considering the singularity and physical and geometric limitations, an algorithm for calculating the workspace is presented. In addition, the kinematic index of dexterity is investigated using the jacobian matrix as a measure of the robot's closeness to the singular configurations. The results of solving kinematic and dynamic problems are validated with the output of the simulation in MATLAB software.
    Keywords: Kinematics, Dynamics, Singularity Analysis, workspace Analysis, Screw Theory, Parallel robot
  • Satar Mahdevari *, Pedram Bakhtiari Haftlang, Habib Sayehvand Pages 971-994
    In this research, the optimal parameters have been investigated with the aim of increasing the efficiency and improving the quality of rock cutting using abrasive waterjet (AWJ) through the modeling of high-velocity two-phase flow (water and abrasive). In the current research, the rock cutting process by AWJ has been simulated using the finite element method-smoothed particle hydrodynamics in LS-DYNA software. For this purpose, the effect of parameters of jet velocity, dwell time, changes in volumetric concentration, and changes in diameter of abrasive particles on the cutting depth and cutting volume of Siltstone and Shale rock specimens have been investigated. Numerical modeling results show that with increasing velocity, the amount of rock cutting depth and cutting volume increases. As the dwell time increases, the energy used by the AWJ to cut the rock increases, which will lead to an increase in the depth and volume of the cut. By increasing the volumetric concentration of abrasive particles up to 3%, the depth and volume of the cut increased with a gentle slope, and after that no significant improvement was observed. Also, by increasing the diameter of the abrasive particles up to 1.25 mm for Siltstone and 1 mm for Shale, the depth and volume of the cut increases at first, and after that the depth and volume of the cut remains constant or decreases.
    Keywords: Abrasive Waterjet, Rock Cutting, Finite Element Method (FEM), Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)
  • Leyla Emami, MohammadMahdi Barzegari *, MohammadReza Zamani Pages 995-1008

    Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells, as an energy generator, convert the chemical energy of the fuel directly into electrical energy. An important component of polymer fuel cells are bipolar plates, which are responsible for the distribution of fuel and oxidants and facilitate the management of water inside the cell and transmission of electric current. In this study, the fracture method of graphite-based composite bipolar plates of polymer fuel cells under bending loads was investigated experimentally and numerically. Simple and perforated composite bipolar plates were tested and simulated with the approach of determining flexural stability under static load. In numerical analysis, mechanical simulation using finite element method and Abaqus software were used. Then, after making the laboratory samples, the experimental test of three-point bending was performed on them with the aim of validating the simulation results. Finally, results of numerical and experimental analyzes of the flexural behavior of composite bipolar plates were compared with each other. Comparison of the results of numerical and experimental analyzes showed that the results of these two methods had an acceptable agreement with each other. In addition, the presence of a high percentage of graphite as well as high fragility weakens the body and beams of this material increase the specimen of the sample, which occurs only due to the molecular bond of graphite, which causes the graphite to slip.

    Keywords: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Composite Bipolar Plates, three-point bending, Finite element simulation
  • MohammadJavad Pirbarjasteh, Mahdi Iranmanesh, Eslam Ranjbarnodeh *, Emad Cheraghi Rizi Pages 1009-1020

    the one-of-a-kind properties of series 7xxx aluminum alloys such as high strength, relatively low density, good formability, and good resistance to stress corrosion cracking have made this class of materials a good choice for aerospace, automobile, and marine industries. Watertight, low weight, and fast procedure are the reason why welding is used in many industries. The heat that welding produce causes many problems like softening in the heat-affected zone. In this research with the use of a 3-D finite element model, the heat transfer of the Al-7075-T6 is investigated and verified by comparing them with the experimental model and the reduction of hardness in the heat-affected zone of the aluminum was predicted with good precision. In the next step, the softening of HAZ due to welding was measured with microhardness. With the use of the FEM model kinetic of over-aging was measured. The results show hardness of the alloy has two sources i.e. age-hardening and work-hardening. It seems welding eliminates the effects of age-hardening but has no effect on the hardness that comes from work hardening. Also, the decrease in the hardness of the solution-annealed area can be recovered through proper heat treatment. However, it is unrecoverable in the over-aged area.

    Keywords: finite element method, TIG Welding, softening, Heat-affected zone, over-ageing kinetics
  • Masoud Ajri *, Sina Esmalipour Pages 1021-1042
    Soft robots made of hyperelastic materials are widely used in transportation and medicine. Analyzing the behavior of soft actuators is a challenging process due to the nonlinear nature of hyperelastic materials. This article examines the effect of geometrical parameters such as the thickness of the walls, the distance between the chambers, the layers thickness, the side walls thickness, shape of cross section and selecting the material in the construction of the actuator on the bending behavior, the created stresses in the inner walls and the resulting tip force of the actuator to obtain the optimal geometry and the best material with the aim of creating the maximum bending angle and the maximum tip force of the actuator. For accurate modeling the material behavior of soft actuator construction material such as: DS30, TPU, EF30 and RTV2, the predictions of 5 Hyperelastic models Neo-Hookean, Yeoh3 parameters, Ogden1, Ogden2 and Moony-Rivlin are compared with stress-strain curves are obtained from uniaxial tensile test on these materials and the best model is selected to modeling of each material. The results show that, by reducing the thickness of the walls, the distance between the chambers, the thickness of the lower layers and using the square cross section and RTV2, the actuator maximum bending angle is obtained. Also, by increasing the thickness of the walls, the
    Keywords: Network Structure Soft Actuator, Dragon skin 30, Static bending, Ogden', s hyperelastic. model