فهرست مطالب

مهندسی مکانیک ایران - سال بیست و ششم شماره 3 (پیاپی 76، پاییز 1403)

نشریه مهندسی مکانیک ایران
سال بیست و ششم شماره 3 (پیاپی 76، پاییز 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/09/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • امیرحسین نصرالله براتی* صفحات 6-28

    در این پژوهش به بررسی پاسخ دینامیکی قطاع دایروی توخالی در تماس با سیال تراکم ناپذیر تحت بار هارمونیک پرداخته شده است. معادلات حاکم ورق بر اساس تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول و با به کارگیری اصل همیلتون استخراج شده است. همچنین معادله حاکم بر رفتار نوسانی سیال با حل معادله لاپلاس تابع پتانسیل سرعت و ارضای شرایط مرزی سیال به دست آمده است. از روش تفاضلات مربعی و نیومارک برای تعیین رفتار ارتعاشی ورق استفاده شده است. علاوه بر این با استفاده از روش تفاضلات مربعی فرکانس های طبیعی قطاع در حالت خشک و تر به منظور مقایسه با مراجع به دست آمده است. درپایان، پس از صحه گذاری بر روی پاسخ های به دست آمده از طریق نتایج سایر محققان و همچنین مدل سازی ورق در تماس با سیال در نرم افزار المان محدود آباکوس، تاثیر پارامترهای مختلف هندسی از قبیل نسبت شعاع داخلی به شعاع خارجی ورق، زاویه قطاع، نسبت ضخامت به شعاع خارجی ورق، چگالی سیال و ارتفاع سیال به ضخامت ورق بر روی پاسخ دینامیکی قطاع دایروی توخالی در تماس با سیال بررسی شده است.

    کلیدواژگان: ارتعاش اجباری، قطاع دایروی توخالی، پاسخ دینامیکی، روش تفاضلات مربعی
  • عارف توانگر، مجید ساده دل* صفحات 29-44
    کاربرد کنترل کننده های مبتنی بر هوش مصنوعی در رباتیک نتایج درخشانی را به دنبال داشته است. از بین روش های مبتنی بر هوش مصنوعی، روش های یادگیری تقویتی بیشترین سهم استفاده را به خود اختصاص داده اند. با وجود مزایای وجود پنجه فعال، ربات های انسان نمای بسیار پیشرفته بدون پنجه فعال به کمک یادگیری تقویتی کنترل شده ا ند. در این پژوهش دو الگوریتم DDPG و TD3 بر روی ربات انسان نمای با پنجه به کار گرفته شده و با یکدیگر مقایسه شده اند. کارایی چهارچوب طراحی شده در کنترل ربات انسان نمای با پنجه، به کمک شبیه سازی سنجیده شده و ربات انسان نما توانسته با سرعت 9/0 متر بر ثانیه مسیر صاف را طی نماید.
    کلیدواژگان: ربات انسان نما، مفصل پنجه فعال، یادگیری راه رفتن، یادگیری تقویتی عمیق
  • حسین مشجور*، کوروش حیدری شیرازی صفحات 45-76
    در پژوهش حاضر، به کمک نرم افزارهای آدامز و متلب، یک ربات خودمختار هفت درجه آزادی چرخدار با مکانیزم انطباق با قطر لوله غیرفعال و بهره مند از کنترلر فازی جهت هدایت مسیر حرکتی، طراحی و شبیه سازی شد. سیستم کنترلی این ربات مشتمل بر دو ورودی بوده است که عبارتند از اختلاف سرعت مطلوب و سرعت واقعی حرکت ربات (خطا) و آهنگ تغییر آن (شتاب) و نیز یک خروجی، که ولتاژ موتورهای جریان مستقیم است. در این پژوهش بواسطه طراحی کنترلر فازی، شبیه سازی دینامیکی حرکت ربات در شرایط هندسی مختلف نظیر، لوله های مستقیم و عمودی، زانویی، لوله دارای کاهنده، رسوبات و خوردگی بررسی گردید که نتایج بدست آمده نشان می دهد، ربات مدل سازی شده توانسته از درون لوله های استاندارد با قطر 32-20 اینچ و نیز لوله های دارای تغییر قطر و یا زانویی 90 درجه با شعاع انحناء بین 763-408 میلی متر با موفقیت عبور نماید. بعلاوه استفاده از فنر به جای موتور در طراحی این ربات، به منظور انطباق پذیری با قطر لوله، راهکاری در جهت کاهش هزینه های تولید بوده است. لذا این ربات به جای بهره گیری از یک موتور و دو کنترلر مجزا (یکی برای تنظیم مکانیسم انطباق با قطر لوله و دیگری جهت تامین گشتاور چرخ های ربات)، توانسته تنها با استفاده از یک کنترلر نیز، حرکت خود را پیش براند و از این منظر پتانسیل های اقتصادی جهت ساخت نمونه واقعی، تجاری سازی محصول و پاسخگویی به نیاز برخی صنایع کشور را به نمایش گذارده است.
    کلیدواژگان: شبیه سازی دینامیکی، ربات خودمختار، کنترلر فازی، آدامز، متلب
  • زهرا پرنیان، محمدکاظم مویدی*، مهران حیدری صفحات 77-103

    پژوهش حال حاضر حسگر تیغه پیزوالکتریک را از مناظر گوناگون به منظور کنترل نوسانات سیلندر دایروی حاضر در بالادست تیغه پیزوالکتریک و کنترل جریان نوسانی سیال اطراف تیغه با استفاده از نیروی برآ بر روی تیغه پیزوالکتریک را مورد مطالعه قرار داده است. چیدمان مورد نظر یک تیغه پیزوالکتریک در پایین دست یک سیلندر دایروی قرار گرفته و به کمک حد خاصی از نوسانات تیغه، ضریب سختی فنر سیلندر با فرض از مقدار (N/M) 65 در حالت عادی به (N/M) 100 در حالت لزوم اعمال کنترل کننده و همچنین در حالات دیگر نرخ میرایی با فرض از مقدار صفر به (Nm/S)02/0 افزایش می یابد و از این طریق، نوسانات سیلندر کنترل می شود. به همین ترتیب با کنترل نوسانات سیلندر اثر آن بر نوسانات تیغه که در پایین دست واقع شده، تحت عنوان اثرات بازخورد مورد بررسی واقع شده است. با کنترل بازخورد نیروی وارد بر روی تیغه پیزوالکتریک در یک حلقه بسته می توان بر میزان جا به جایی نوک تیغه و نیروی برآ بر روی تیغه پیزوالکتریک نظارت داشت. در این بررسی ها مشخص شده که در حالتی که حد خاص اعمال کنترل کننده 7/0 میلیمتر نوسانات نوک تیغه پیزوالکتریک باشد، به دلیل اعمال زودتر کنترل کننده نسبت به حد خاص 1 و 2 میلیمتر نوسانات نوک تیغه، نوسانات سیلندر بیشتر کنترل شده و محدوده نوسانات آن کمتر است. همچنین با مقایسه حالتی که کنترل کننده وارد مدار شده است نسبت به حالت بدون کنترل کننده مشخص است نوسانات تیغه و سیلندر تا حدی تحت کنترل قرار گرفته اند.

    کلیدواژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، برداشت انرژی، تعامل سازه و سیال، ارتعاشات القایی، حسگرهای پیزوالکتریک
  • علی حسینی سالاری، حسین میرزایی نژاد* صفحات 104-127
    یکی از مهمترین جنبه های عملکردی خودرو، ایمنی آن است. از این رو عملکرد سیستم ترمزگیری و طراحی کنترل کننده ترمزی از اهمیت خاصی برخوردار است. عملکرد بهینه ترمزگیری در حالتی است که طول توقف کمینه شود و در عین حال فرما ن پذیری خودرو حفظ شود. به منظور دستیابی به این شرایط نیاز است تا مقدار لغزش تایر در نقطه بهینه کنترل گردد. نوع کنترل کننده لغزش و نحوه مدل سازی سیستم، مقدار لغزش بهینه و نیروی عمودی روی تایر از مهم ترین پارامترها در کنترل مقدار لغزش است. در این مطالعه با توسعه مدل پنج درجه آزادی نیم ارابه خودرو با در نظر گرفتن دینامیک پیچ خودرو به عنوان یکی از پارامتر های تاثیرگذار بر عملکرد کنترل کننده و روش کنترل غیرخطی بهینه پیش بین، سیستم کنترلی برای کنترل همزمان گشتاور ترمزی چرخ های جلو و عقب خودرو طراحی می شود. به منظور بهبود عملکرد سیستم و دستیابی به بیشینه شتاب ترمزی ممکن، مقدار لغزش بهینه لحظه ای با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی (ANN) تعیین می گردد. نتایج حاصل از شبیه سازی سیستم کنترلی طراحی شده در ترکیب با نرم افزار کارسیم تایید کننده بهبود عملکرد ترمزگیری همراه با کاهش قابل توجه طول توقف می باشد.
    کلیدواژگان: لغزش طولی لحظه ای، شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، دینامیک پیچ، نیروی عمودی تایر، ضریب اصطکاک جاده
  • محمدرضا عباسی، مهدی قناد*، حامد قارونی صفحات 128-152

    در این مقاله، بار کمانش پوسته ی استوانه ای متقارن محوری با استفاده از نظریه تغییرشکل برشی مرتبه اول (FSDT) به صورت تحلیلی تعیین می شود. برای توصیف سینماتیک پوسته، از روابط FSDT و فن کارمن استفاده می شود. معادلات تعادل غیرخطی از اصل کار مجازی تعیین و با استفاده از تکنیک اغتشاشات به صورت تحلیلی حل می شوند. با استفاده از روش تعادل در مجاورت، معادلات پایداری استخراج و برای یافتن بار کمانش سازه به صورت تحلیلی حل می شوند. آثار ویژگی های هندسی روی نتایج توسط یک مطالعه پارامتریک بررسی می شوند. همچنین بار کمانش با استفاده از روش اجزای محدود تعیین و با حل تحلیلی مقایسه می شوند.

    کلیدواژگان: تحلیل کمانش، پوسته استوانه ای، حل تحلیلی، نظریه تغییرشکل برشی، تکنیک اغتشاشات
|
  • Amirhossein Nasrollah Barati * Pages 6-28

    In this study, the dynamic response of an annular sector plate in contact with incompressible fluid under harmonic load is investigated. The governing equations of the plate are derived based on First-order Shear Deformation Plate Theory (FSDT) with consideration of rotational inertial effects and transverse shear stresses and using the Hamilton’s principle. In addition, the governing equation of the oscillating behavior of the fluid is obtained by solving the Laplace equation as a function of velocity potential and satisfying the boundary conditions of the fluid. The differential quadrature (DQ) and Newmark methods are used to determine the vibrational behavior of the plate. The results of this study are compared and validated with results of other works and Finite Element Method (FEM) software. Finally, the effects of the different geometrical parameters such as the inner radius to outer radius ratio, the height to Thickness ratio, thickness to outer radius ratio of plate, fluid density and fluid height to plate thickness on the dynamic response of the plate are investigated.

    Keywords: Forced Vibration, Annular Sector Plate, Dynamic Response, Differential Quadrature Method
  • Aref Tavangar, Majid Sadedel * Pages 29-44
    Controlling a humanoid robot is a complicated task because it deals with a high degree of freedom, a non-holonomic and underactuated system. Many model-based control strategies have been implied on humanoid robots. Over time model-free and AI-based strategies have taken place. Among AI strategies, Reinforcement Learning has the largest share. Many complex systems have successfully controlled to perform complicated tasks such as jumping and running. Toe joints is almost missing in all of these systems and does not have the application it performs in humans. Toed robots can outperform, so implementing Reinforcement Learning algorithms on a humanoid with an active toe joint has been studied. Two algorithms, DDPG, and TD3 were applied and compared. A customized RL framework was designed to teach a humanoid to walk. Simulations showed that the task of controlling a humanoid to walk was accomplished. Learned robot was able to gait on a flat surface at the average speed of 0.9 m/s.
    Keywords: Humanoid Robot, Active Toe Joint, Learn To Walk, Deep Reinforcement Learning
  • Hosain Mashjoor *, Koresh Heidari Shirazi Pages 45-76
    In the current study, with the help of Adams and MATLAB software, a seven-degree-of-freedom wheeled autonomous robot with a mechanism of adaptation to the passive pipe diameter and benefiting from a fuzzy controller to guide the movement path was designed and simulated. The control system of this robot consists of two inputs, which are the difference between the desired speed and the actual speed of the robot (error) and its rate of change (acceleration) and an output, which is the voltage of direct current motors. In this research, the dynamic simulation of robot movement in different geometrical conditions such as straight and vertical pipes, elbows, pipes with reducer, sediments and corrosion was investigated through the design of the fuzzy controller, and the obtained results show that the modeled robot was able to Standard pipes with a diameter of 20-32 inches, as well as pipes with a diameter change or a 90-degree bend with a radius of curvature between 408-763 mm can pass successfully. In addition, the use of a spring instead of a motor in the design of this robot, in order to adapt to the diameter of the pipe, has been a solution to reduce production costs. Therefore, instead of using a motor and two separate controllers (one to adjust the adaptation mechanism to the diameter of the pipe and the other to supply the torque of the robot's wheels), this robot was able to advance its movement using only one controller and from this point of view, it has shown the economic potentials for making real samples, product commercialization and responding to the needs of some industries in the country.
    Keywords: Dynamic Simulation, Autonomous Robot, Fuzzy Controller, Adams, MATLAB
  • Zahra Parnian, Mohammadkazem Moayyedi *, Mehran Heidari Pages 77-103

    The current research has studied the piezoelectric blade sensor from different views in order to control the oscillations of the circular cylinder present upstream of the piezoelectric blade and to control the fluctuating fluid flow around the blade using the force on the piezoelectric blade. The desired arrangement of a piezoelectric blade is placed downstream of a circular cylinder and with the help of a certain limit of blade oscillations, the hardness coefficient of the cylinder spring is applied from 65 (N/M) in normal condition to 100 (N/M) in the necessary condition. The controller as well as in other cases, the damping rate increases from zero to 0.02 (Nm/S) and in this way, the oscillations of the cylinder are controlled. In the same way, by controlling the oscillations of the cylinder, its effect on the oscillations of the blade, which is located downstream, has been investigated under the title of feedback effects. By controlling the feedback of the force on the piezoelectric blade in a closed loop, it is possible to monitor the displacement of the tip of the blade and the force on the piezoelectric blade. In these studies, it has been determined that in the case where the specific limit of the controller is 0.7 mm of the oscillations of the piezoelectric blade tip, due to the earlier application of the controller compared to the specific limit of 1 and 2 mm of the oscillations of the blade tip, the oscillations of the cylinder are Also, by comparing the state where the controller is included in the circuit compared to the state without the controller, it is clear that the oscillations of the blade and cylinder have been controlled to some extent.

    Keywords: Computational Fluid Dynamics, Energy Harvesting, Fluid-Structure Interaction, Induced Vibrations, Piezoelectric Sensors
  • Ali Hosseini Salari, Hossein Mirzaeinejad * Pages 104-127
    One of the most significant operational aspects of vehicles is their safety in critical braking maneuvers. Proper braking performance occurs when the stopping distance is minimized while the vehicle’s steerability is maintained. To meet these objectives, the tire slip ratio should be regulated at its optimum value. In this study, a control system is designed for simultaneously controlling the brake torque of the front and rear wheels using the nonlinear prediction-based control method. In the control design process, the pitch dynamics have been considered which plays an important role in braking maneuvers. Moreover, the instantaneous optimum wheel slip is determined via an artificial neural network (ANN) to improve the performance of the system and achieve the maximum possible brake deceleration. The performance of the designed control system is investigated through conducted simulations in the CarSim and Matlab/Simulink software environments. The obtained results confirm the enhancement in the braking performance along with a considerable reduction in the stopping distance.
    Keywords: Online Longitudinal Slip, Artificial Neural Networks, Pitch Dynamics, Tire Normal Load, Road Friction Coefficient
  • Mohammadreza Abbasi, Mehdi Ghannad *, Hamed Gharooni Pages 128-152

    This paper determines the buckling load of an axisymmetric cylindrical shell of homogeneous and isotropic materials analytically using the first-order shear deformation theory (FSDT). To describe the kinematics of the shell, the FSDT, and von Karman relations are used. The equilibrium equations, which are a system of nonlinear coupled differential equations, are determined from the principle of virtual work. The nonlinear equilibrium equations are solved analytically using the perturbation technique and then the stability equations are derived from them by employing the adjacent criterion method. The resulting equations are a system of coupled linear differential equations with variable coefficients that are solved analytically to find the buckling load of the structure. The effects of geometrical properties have been investigated by a parametric study on buckling load results. Also, the buckling load is determined using the finite element method (FEM) and classical theory (Lorenz) and compared with the analytical solution results.

    Keywords: Buckling Analysis, Cylindrical Shell, Analytical Solution, Shear Deformation Theory, Perturbation Technique