فهرست مطالب

مهندسی مکانیک ایران - سال بیست و ششم شماره 1 (پیاپی 74، بهار 1403)

نشریه مهندسی مکانیک ایران
سال بیست و ششم شماره 1 (پیاپی 74، بهار 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/03/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • امید کوچکیان فرد، مجید ساده دل* صفحات 6-32
    در این مقاله، طراحی مسیر زمان حقیقی ربات انسان نما در حضور اغتشاشات خارجی با استفاده از مولفه واگرای حرکت بررسی گردیده است. بدین منظور از مدل سه جرمه آونگ معکوس به جای مدل کامل دینامیکی ربات استفاده شده است. ابتدا به منظور حفظ پایداری ربات، به طراحی نقطه گشتاور صفر مطلوب پرداخته شده است. در واقع بر اساس محل گام ها، نقطه گشتاور صفر مطلوب را در مرکز کف پای ربات تعریف کرده ایم تا ربات دارای حاشیه ی پایداری مطلوبی باشد. سپس بر اساس نقطه گشتاور صفر مطلوب ایجاد شده و مدل آونگ معکوس سه جرمه، مسیر حرکتی مرکز جرم ربات به کمک روش مولفه واگرای حرکت که معادله دینامیکی آونگ معکوس سه جرمه را به دو معادله پایدار و ناپایدار تبدیل می کند، به دست آمده است. با بکارگیری سینماتیک معکوس، زوایای مفصلی را به عنوان ورودی موتورهای ربات محاسبه شده است. همچنین به منظور کنترل پایداری و بازیابی تعادل حرکت ربات در حضور اغتشاشات خارجی به صورت همزمان از تنظیم نقطه گشتاور صفر، تنظیم مکان و زمان گام برداری در قالب یک کنترلر پایداری حرکت استفاده گردیده است. به منظور صحت سنجی پایداری مسیرهای به دست آمده از محیط شبیه ساز با اعمال پارامترهای هندسی و فیزیکی یک ربات انسان نمای واقعی استفاده شده است. در نهایت براساس شبیه سازی ها نشان داده شد که ربات قابلیت راه رفتن پایدار با سرعت 6/1متر بر ثانیه در حضور اغتشاشات 345 نیوتنی را دارا می باشد.
    کلیدواژگان: ربات انسان نما، مدل آونگ معکوس سه جرمه، طراحی مسیر زمان حقیقی، بازیابی تعادل، ربات پا دار
  • مجتبی قدیمی، مهدی قناد* صفحات 33-59
    در این مقاله، رفتار الاستو-پلاستیک استوانه جدار ضخیم تحت فشار یکنواخت مطالعه شده است. معادلات الاستیک به کمک تئوری تغییر شکل برشی میرسکی-هرمان به دست آمده است. حالت ماده پوسته به صورت الاستیک-پلاستیک کامل بوده و از قانون جریان پرانتل-روس برای بیان رفتار ماده در حالت پلاستیک و از معیار تسلیم فن میزس برای مشخص نمودن شروع رفتار پلاستیک استوانه در لایه میانی و از روش نگاشت بازگشت شعاعی برای به دست آوردن تنش ها در حالت پلاستیک استفاده شده است. برای حل معادلات، روش مساله مقادیر ویژه و تکنیک اغتشاشی MAM به کار گرفته شده و نتایج حاصل با روش اجزای محدود مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: استوانه جدار ضخیم، آنالیز الاستو-پلاستیک، تئوری تغییر شکل برشی میرسکی-هرمان، روش بازگشت شعاعی، تکنیک اغتشاشات، معیار تسلیم فن میزس
  • افشین کومه، سعید فعلی* صفحات 60-87
    در این مقاله ضربه سرعت پایین روی ساندویچ پنل ها با رویه های کامپوزیتی و هسته موج دار آلومینیومی مدلسازی شده و میزان جذب انرژی، نیروی تماسی، تغییر شکل محل برخورد و ابعاد ناحیه آسیب محاسبه و با نتایج تجربی مقایسه شده است. ساندویچ پنل ها دارای رویه های کامپوزیت از الیاف کربن و شیشه و هسته های موج دار آلومینیومی به شکل های مربعی، ذوزنقه ای، قوسی، سینوسی و مثلثی می باشند. نتایج نشان می دهد هسته های موج دار ذوزنقه ای و مربعی بیشترین جذب انرژی و مساحت ناحیه آسیب و هسته های قوسی و سینوسی بیشترین تغییر مکان محل برخورد را دارند.
    کلیدواژگان: ساندویچ پنل، هسته موجدار، بار ضربه ای سرعت پایین، جذب انرژی، شبیه سازی عددی
  • سینا آتش باری، عرفان کریم میرزا، نگین معنوی زاده*، علیرضا خدایاری، امیرمسعود بیدگلی صفحات 88-96

    جلوگیری از ورود هوا همراه با مایع دیالیز صفاقی به دلیل آسیب هایی که می تواند به احشاء و دیافراگم وارد کرده و منجر به بروز دردهای ناحیه شکمی، عفونت و التهاب صفاق شود، بسیار مهم است. وجود سیستم تشخیص حباب و کنترل عدم ورود هوا در دستگاه دیالیز صفاقی الزامی بوده و از استانداردهای آن محسوب می شود. استفاده از حسگر مادون قرمز یکی از روش های مناسب تشخیص حباب در لوله کاتتر است. حسگرهای مادون قرمز به کاررفته به هنگام عبور مایع دیالیز در حدود 1200 میلی ولت خروجی تولید می کنند. ولتاژ تولید شده توسط حسگرهای مادون قرمز مستقل از سرعت عبور دستگاه بوده و خروجی آن به هنگام فعالیت موتور دستگاه دیالیز در سرعت های 50، 40 و 30 دور بر دقیقه تقریبا 1200 میلی ولت است. این ولتاژ تولید شده به صورت پیوسته اندازه گیری شده و پردازنده از طریق کنترل حد آستانه ولتاژ خروجی تولید شده به عملکرد صحیح تشخیص حباب نظارت می کند.  این کنترل حد آستانه برای تشخیص وجود حباب در لوله های دستگاه دیالیز میزان 1000 میلی ولت بوده و در صورت کاهش ولتاژ خروجی از این مقدار از ادامه عملکرد دستگاه دیالیز جلوگیری می شود تا از بروز آسیب های احتمالی به بیمار جلوگیری کند.

    کلیدواژگان: دستگاه دیالیز صفاقی، حسگر مادون قرمز، کنترل حد آستانه، مدار الکترونیکی تشخیص حباب هوا، عفونت صفاق، لوله کاتتر
  • مجتبی لشگرو، علی دادرسی*، ولی پروانه، حسین تقی پور صفحات 97-112

    هسته های موجدار کامپوزیتی با شکل ذوزنقه ای به سازه های ساندویچی این امکان را داده که در مقابل تخریب مقاومت خود را افزایش بدهند. در مقاله حاضر به مطالعه بر روی اثر تغییر پارامتر هندسی زاویه یال های هسته ذوزنقه ای و زاویه الیاف در لایه چینی صفحات پانل ساندویچی تحت بارگذاری فشاری شبه استاتیکی پرداخته شده است. در ساخت صفحات کامپوزیتی از ترکیبی از الیاف شیشه و فلز استفاده شده است. زاویه یال های هسته در سه حالت 46، 52 و 58 درجه و زاویه الیاف در لایه چینی در سه حالت 30، 60 و 90 درجه انتخاب شده است. بعد از آزمون فشاری شبه استاتیکی، انرژی جذب شده و نیروی بیشینه به همراه شکل تخریب، در تمامی نمونه ها مورد بحث و بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داده است که افزایش زاویه الیاف از 30 تا 90 درجه می تواند نیروی بیشینه را تا 123 درصد و جذب انرژی را تا 260 درصد افزایش دهد. مکانیزم تغییر شکل پلاستیک الیاف فلزی و شکست الیاف شیشه در ناحیه تشکیل لولای پلاستیک در یال های هسته، مکانیزم های اصلی تخریب بوده و هیچگونه لایه لایه شدگی در صفحات دیده نشد. همچنین به دلیل چسبندگی بالای هسته و رویه های صفحات کامپوزیتی، جدایش هسته از رویه ها در پانل مشاهده نشده که نشان دهنده کیفیت بالای این پانل ها است.

    کلیدواژگان: جذب انرژی، الیاف شیشه، الیاف فلزی، بارگذاری شبه استاتیک، پانل ساندویچی
  • مرتضی شرفی، ناصر رهبر*، علی محرم پور، عبدالرضا کاشانی نیا صفحات 113-138

    در این مقاله، طراحی قانون هدایت بهینه با در نظر گرفتن شرایط و زمان نهایی مقید برای مرحله نهایی مسئله فرود سه بعدی بوستر یک ماهواره بر مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی تحقیق، بررسی نحوه توسعه و افزایش قابلیت روش بسط مرتبه بالای برداری برای طراحی قانون هدایت بهینه است. این قانون نسبت به انحرافات بزرگ اولیه متغیر حالت، حساسیت حداقلی دارد و همچنین امکان پیاده سازی آنلاین آن با حداقل محاسبات در عمل وجود دارد. اثر بخشی روش بسط مرتبه بالا با شبیه سازی مونت کارلو مورد بررسی قرار گرفته است و نشان داده شد که قانون هدایت بر اساس بسط مرتبه بالای برداری نه تنها از دقت مناسبی برخوردار است بلکه می تواند جایگزین خوبی برای مسئله تعقیب مسیر نامی باشد.

    کلیدواژگان: بسط مرتبه بالای برداری، کنترل بهینه غیر خطی، فرود بوستر، هدایت بهینه
|
  • Omid Koochakianfard, Majid Sadedel * Pages 6-32
    This paper aims to achieve real-time optimum push recovery and high-speed pattern generation for a 3D humanoid robot.  For this purpose, a divergent component of motion (DCM) based locomotion is planned using a three-mass inverted pendulum model. To improve push recovery robustness in the presence of strong disturbances during walking, a quadratic optimization strategy algorithm is introduced, including weighted step time adaption, step position adjustment, and ankle strategy. The minimum error push recovery cost function is obtained through quadratic programming. To validate our proposed model different scenarios for real-time navigation of robot considering strong disturbances in various speeds of walking from 0/8 to 1/6 meters per second are analyzed. The verification methods indicate that the proposed method recovered from 34.5 N.s disturbances at 1/6 meters per second speed, while conventional push recovery methods guaranteed lower speeds robust stable locomotion in the same disturbances. In this paper, a real humanoid robot and actual physical conditions were considered for validation of navigation and robust optimum push recovery.
    Keywords: Humanoid Robots, Three Mass Inverted Pendulum Model, Real-Time Path- Planning, Push Recovery, Legged Robots
  • Mojtaba Ghadimi, Mehdi Ghannad * Pages 33-59
    In this paper, the elasto-plastic behavior of thick-walled cylindrical shell under uniform pressure is studied. Mirsky-Herman shear deformation theory, in which shear deformations are considered, has been used to obtain elastic equations using energy and virtual work methods. The studied cylindrical shell is axially symmetric and has clamp-clamp boundary condition at two ends. The material state of the shell is fully elastic-plastic, and the Prandtl-Reuss flow rule has been used to express the material behavior in plastic state, and the von Mises yield criterion has been used to determine the beginning of plasticization of the cylinder in the middle layer. The radial return mapping method has been investigated to obtain the stresses in the plastic state and to correct and restore the stress to the yield surface. To solve the obtained equations, the eigenvalue problem method and MAM perturbation technique are used. Also, the obtained results, including the yield stress and cylinder stresses in the middle layer, have been compared with the finite element method using Abaqus software. The obtained results show that the MAM perturbation technique and using Mirsky-Herman shear deformation theory has a good accuracy in the elasto-plastic solution of thick-walled cylinders.
    Keywords: Thick Wall Cylinder, Elasto-Plastic Analysis, Mirsky-Hermann Shear Deformation Theory, Radial Return Method, Perturbation Technique Von Mises Yield Criterion
  • Afshin Komeh, Saeed Feli * Pages 60-87
    In this paper, the low velocity impact response of sandwich panels with composites face sheets and aluminum based corrugated cores is modeled with numerical simulation, and the amount of energy absorption, contact force, deformation of the impact area and dimensions of the damage area are calculated and compared with experimental results. Sandwich panels with composite face sheets reinforced with carbon fibers and glass fibers and corrugated aluminum-based cores are in square, trapezoidal, arched, sinusoidal and triangular shapes. Through numerical simulations ten examples have been analyzed. Dimensions and weights of face sheets and cores of the samples are the same. The obtained results show that in the sandwich panel with trapezoidal and square corrugated cores, the contact force is applied to a larger area and the energy absorption and dimensions of the damage area are greater. Also, sandwich panels with arc and sinusoidal wave shape cores have the greatest displacement at the point location compared to other sandwich panels.
    Keywords: Sandwich Panel, Corrugated Core, Low Velocity Impact, Energy Absorption, Numerical Simulation
  • Sina Atashbari, Erfan Karimmirza, Negin [email protected] *, Alireza Khodayari, Amirmasoud Bidgoli Pages 88-96

    Due to the damage that air can cause to the intestines and diaphragm, it is essential to prevent air from entering peritoneal dialysis fluid. Bubble detection systems and air infiltration control systems are mandatory components of peritoneal dialysis machines. An infrared sensor is one of the most efficient ways to detect bubbles in the catheter tube. As the dialysis fluid passes through the infrared sensors, an output of approximately 1200 millivolts is produced. The voltage produced by infrared sensors is independent of the device's speed. Approximately 1200 millivolts can be obtained when the motor of the dialysis machine operates at speeds of 50, 40, and 30 RPM. Continuous measurement of this voltage is performed, and the processor checks the correctness of bubble detection by limiting the threshold level of output voltage. This threshold control to detect bubbles in the dialysis machine tubes is 1000 millivolts. If the output voltage drops below this value, the operation of the dialysis machine is prevented to prevent possible injuries to the patient.

    Keywords: Peritoneal Dialysis Device, Infrared Sensor, Threshold Limit Control, Air Bubble Detection Electronic Circuit, Peritoneal Infection, Catheter Tube
  • Mojtaba Lashgaroo, Ali Dadrasi *, Vali Parvaneh, Hossein Taghi Poor Pages 97-112

    The trapezoidal shape of composite corrugated cores has made it possible to increase their resistance against destruction. In this article, the effect of changing the geometric parameters of trapezoidal core edge angle and fiber angle in the porcelain layer of sandwich panels under quasi-static compressive loading has been studied. In the construction of composite panels used a combination of glass and metal fibers. The angle of the edges of the core is 46, 52, and 58 degrees, and the angle of the fibers in the porcelain layer is 30, 60, and 90 degrees are chosen. The absorbed energy and maximum force in the form of destruction samples were discussed after the quasi-static compression test. The results have shown that increasing the fiber angle from 30 to 90 degrees can increase the maximum force by 123% and energy absorption by 260%. The mechanism of plastic deformation of metal fibers and breakage of glass fibers in the area of plastic hinge formation at the edges of the core are the main mechanisms of destruction, and no delamination was seen in the plates. Also, the separation of the core from the top of the composite was not observed in the panel due to the high adhesion of the core and the tops of the plates, which indicates the high quality of these panels.

    Keywords: Energy Absorption, Glass Fibers, Metal Fibers, Quasi-Static Loading, Sandwich Panel
  • Morteza Sharafi, Nasser Rahbar *, Ali Moharampour, Abdorreza Kashaninia Pages 113-138

    In this paper, optimal guidance law design considering fixed final state and time for the final phase booster landing problem of a spacecraft or launch vehicle is investigated and studied. This guidance law, not only satisfied a specific optimality criterion, but it also has the least sensitivity to the initial state’s deviations; which is due to the inclusion of the nonlinear terms in the mathematical modeling using the high order expansions method. The main goal of this research, is to investigate the development and to augment the capability of the high order expansions method for guidance law design. Different implementations of this approach including the differential algebra high order, the generating function based high order and vectorized high order expansions methods have been investigated. After reviewing the implementation concepts of the high order expansions method, the effectiveness of this method has been studied. Then a 3-dimensional booster landing problem has been chosen as the case study and after extracting the mathematical model and nominal optimal solution, the sensitivity variables have been extracted up to the 3rd order. Afterwards, to investigate the performance of the designed guidance law, the Monte Carlo simulations have been performed and it has been shown that the designed guidance law on the basis of the Taylor series and high order expansions method has a good accuracy and is a valuable alterative to the nominal trajectory tracking guidance approach.

    Keywords: Vectorized High Order Expansions, Nonlinear Optimal Control, Booster Landing, Optimal Guidance