فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال چهاردهم شماره 12 (اسفند 1393)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال چهاردهم شماره 12 (اسفند 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/09/08
  • تعداد عناوین: 22
|
  • مهران میرشمس، حجت طایی، مهدی قبادی، حسن حقی، قاسم شریفی صفحات 1-12
    ارائه روندنمای طراحی و ساخت شبیه ساز دینامیک وضعیت ماهواره که به منظور صحت سنجی الگوریتم های کنترلی موجود، توسعه روش های کنترلی جدید، تست زیرسامانه-های ماهواره و آموزش کاربران در حوزه پایداری و کنترل وضعیت سامانه های فضایی به کار گرفته می شود، هدف این پژوهش است. این شبیه ساز دمبلی شکل، بر پایه یک یاتاقان هوایی تمام کروی قرار گرفته و می تواند بستر کاملا بدون اصطکاک و گشتاورآزاد را برای شبیه سازی محیط عملکردی فضاپیما ایجاد نماید. مجموعه رانشگرهای گاز سرد، حسگر وضعیت، پردازشگر مرکزی، مکانیزم های بالانس،واحد تامین انرژی و یاتاقان هوایی زیرسامانه های اصلی این شبیه ساز هستند که در تعامل با یکدیگر، امکان انجام تستهای عملیاتی بر روی آن را فراهم می نمایند. استخراج ساختار طراحی همه جانبه این سامانه و کلیه زیرسامانه های آن،که قیود ماموریتی، الزامات عملکردی و محدودیت های شبیه سازی بر روی زمین را لحاظ کرده باشد، امری پیچیده و زمان بر بوده و نیازمند درنظرگرفتن ارتباطات گسترده زیرسامانه ها است.لذا در این مقاله، ضمن استخراج ماتریس ارتباط متقابل زیرسامانه ها، روندنمای طراحی و ساخت هریک از آن ها مورد اشاره قرار خواهد گرفت. در ادامه، نحوه مدل سازی ریاضی حرکت وضعی شبیه-ساز با استفاده از عملگر رانشگرهای گاز سرد که در مود روشن-خاموش کار می کنند، مورد بررسی قرار خواهد گرفت و معادلات استخراج شده برای بالانس سامانه به کمک خروجی های حسگر، ارائه خواهد شد. در انتها نیز نتایج برخی از تست های عملیاتی که با استفاده از این شبیه ساز انجام پذیرفته است،مورد تجزیه و تحلیل قرار خواهد گرفت.
    کلیدواژگان: رانشگر گاز سرد، دینامیک وضعیت، یاتاقان هوایی، شبیه ساز ماهواره
  • محمد جواد اسفندیاری، وحید اصفهانیان، محمدرضا حائری یزدی، حسن نهضتی، امین صالحی صفحات 13-22
    پیچیدگی های موجود در سیستم های کنترل خودروهای هیبرید اهمیت استفاده از بسترهای تست مناسب جهت ارزیابی واحدهای کنترل الکترونیکی در این خودروها را بیشتر کرده است. در مراحل اولیه طراحی سیستم های کنترلی امکان انجام شبیه سازی سخت افزار در حلقه وجود ندارد چرا که هنوز اجزا نمونه سازی نشده اند. در این شرایط از شبیه سازی مدل در حلقه استفاده می شود که در آن بدون نیاز به سخت افزار واقعی، مدل طراحی شده برای سیستم کنترلی مورد ارزیابی قرار می گیرد. در این مقاله، شبیه سازی مدل در حلقه برای تایید صحت عملکرد نرم افزار کنترل خودرو در یک اتوبوس هیبرید الکتریکی سری انجام شده است. بدین منظور متناسب با ورودی/خروجی های نرم افزار کنترل خودرو و با در نظر گرفتن دینامیک حاکم بر اجزا مختلف خودرو یک شبیه ساز جامع برای اتوبوس هیبرید طراحی شده است. بوسیله این بستر تست، کاربر می تواند به شکل راننده واقعی عمل کرده و رژیم های مختلف رانندگی را ارزیابی کند. در این شبیه ساز، همه زیرسیستم ها به صورت ماژولار در محیط نرم افزار لب ویو مدل سازی شده اند و شبیه ساز طراحی شده می تواند با دقت قابل قبولی به شکل بلادرنگ اجرا شود. بنابراین، می توان از آن در بستر تست سخت افزار در حلقه برای توسعه هر جز از خودرو استفاده کرد. از این طریق، با کمترین هزینه و در کوتاه ترین زمان ممکن مسیر توسعه ی سیستم کنترلی در اتوبوس هیبرید طی خواهد شد. شبیه ساز طراحی شده بوسیله نتایج حاصل از تست های تجربی راستی آزمایی شده است. نتایج نشان می دهد که تمامی الگوریتم های کنترلی موجود در نرم افزار کنترل خودرو بوسیله این بستر تست قابل ارزیابی و راستی آزمایی است.
    کلیدواژگان: هیبرید الکتریکی، شبیه ساز، مدل در حلقه، نرم افزار کنترل خودرو
  • فرید وکیلی تهامی، محمد زهساز، آرش محمد علیزاده فرد صفحات 23-34
    در این مقاله پس از بررسی رفتار خزشی دیسک دوار ساخته شده از ترکیب هدفمند دو ماده ی آلومینیوم 6061 و سیلیکون کاربید، توزیع مواد و پروفیل ضخامت بهینه ی آن تعیین شده است. با گسترش معادله ی انتقال حرارت، توزیع دما در دیسک به دست آمده سپس با درنظر گرفتن توزیع دما، با گسترش معادله ی جابه جایی، رفتار ترمومکانیکی دیسک در خزش بررسی شده است. در معادلات فوق تمامی خواص فیزیکی تابع دما و درصد حجمی مواد فرض شده اند. خواص معادل با دو مدل موری- تاناکا و هاشین- شتریکمن به دست آمده و با نتایج موجود در ادبیات فن مقایسه شده است. معادلات ترمومکانیکی با روش شبه تحلیلی حل شده و برای اعتبارسنجی با پاسخ های تحلیلی در حالتی خاص مقایسه شده اند. پس از آن، طراحی بهینه در بخش های تک هدفه و چند هدفه و با استفاده از الگوریتم ژنتیکی انجام گرفته است. اهداف شامل افزایش ضریب اطمینان کمینه، کاهش وزن و کاهش بازه ی تغییرات ضریب اطمینان بیشینه و کمینه و متغیرهای طراحی نیز شامل درصدحجمی مواد در جدار داخلی و خارجی، توان الگوی توزیع مواد و توان پروفیل ضخامت می باشند. نتایج نشان می دهند که دو روش حل تحلیلی و شبه تحلیلی مطابقت کاملی داشه و دیسک بهینه دارای غنای بیشتری از سیلیکون در جدار خارجی بوده و پروفیل ضخامت آن نیز به صورت نزولی است. نتایج پژوهش، تناقض اهداف بهینه سازی را نیز آشکار می کنند و ازاین رو نتایج به صورت جبهه ی پارتو ارائه شده اند.
    کلیدواژگان: دیسک دوار، مواد هدفمند، خزش، الگوریتم ژنتیکی چندهدفه، جبهه ی پارتو
  • ابراهیم عبدی اقدم، محسن باشی صفحات 35-42
    سیستم سوخت رسانی و کنترل اختلاط سوخت و هوا از چالش های اساسی محققان موتورهای اشتعال جرقه ای بوده است. مدیریت در کیفیت مخلوط و اقتصاد سوخت سبب تعویض سیستم های کاربراتوری به انژکتوری شده است. موقعیت آغاز پاشش و طول پاشش سوخت روی عملکرد موتور نقش مهمی دارد. در کار حاضر از یک موتور تک سیلندر پژوهشی با قابلیت تنظیم زمان بندی جرقه که به یک سیستم سوخت رسانی پاشش راهگاهی با قابلیت تنظیم موقعیت آغاز پاشش و طول زمان پاشش بنزین مجهز است استفاده شد. نسبت تراکم، سرعت موتور و موقعیت آغاز پاشش به ترتیب به 8، rpm1800 و نقطه مرگ بالای تنفسی تنظیم شد. طول پاشش و زمان بندی جرقه طوری میزان شد که در نسبت هم ارزی (سوخت به هوا) 0/90 حداکثر گشتاور خروجی حاصل شود. با تثبیت آن ها، موقعیت آغاز پاشش در بازه 180- تا 180 درجه نسبت به مرگ بالای تنفس با گام 30 درجه تغییر داده شد. برای هر یک از آن ها تغییرات فشار سیلندر 500 سیکل پشت سرهم ثبت و ذخیره شد. نتایج حاصله نشان داد که پراکندگی داده های فشار موثر متوسط اندیکه (imep) برای حالت های با موقعیت آغاز پاشش سوخت بعد از مرگ بالای تنفسی بیشتر از حالت های با موقعیت آغاز پاشش قبل از مرگ بالای تنفسی بود. همچنین مقادیر میانگین imep و قله فشار و ضرایب تغییر آن ها با موقعیت آغاز پاشش سوخت تغییر کرد و برای حالت هایی که پراکندگی داده های imep بیشتر بود مقادیر میانگین imep بزرگ تر و میانگین isfc کوچکتر ظاهر شد.
    کلیدواژگان: پاشش بنزین، تغییرات سیکلی، موتور اشتعال جرقه ای، موقعیت آغاز پاشش
  • محمدرضا قضاوی، اصغر نجفی، علی اصغر جعفری صفحات 43-51
    همان طور که در مطالعات قبلی نشان داده شده است، پره های انعطاف پذیرمی توانند تحت شرایطی باعث تشدید ارتعاشات روتور پره دار شوند. در این مقاله رفتار غیرخطی روتوری که با این نوع تشدید مواجه شده است بررسی می گردد. برای این منظور، مدلی از یک روتور پره دار در نظر گرفته شده است که در آن شفت و دیسک صلب می باشند. پره ها با تیرهای انعطاف پذیرمدل سازی شده اند. دو انتهای شفت روی یاتاقان های غیرخطی و الاستیک قرار دارند. جمله غیرخطی تابع سختی یاتاقان ها از درجه سه می باشد. ارتعاشات روتور شامل مود گردش استوانه ای و مخروطی است. معادله انشعاب در مرز پایدرای با استفاده از روش مقیاس های چندگانه بدست آمده است. اثرات غیرخطی به کمک این معادله بررسی شده اند. مشخص شده است که رفتار سیستم در مواجه با این انشعاب وابسته به نوع ضریب غیرخطی یاتاقان ها است. بر اساس نتایج بدست آمده، انشعاب هوپ زیر بحرانی و فوق بحرانی امکان پذیر است. در نهایت با استفاده از شبیه سازی عددی اثر میرایی ها نیز بر مسیر حرکت مرکز دیسک چرخان محاسبه شده است. روش ها و نتایج بدست آمده در این مقاله را می توان برای مطالعه انشعاب هوپ هامیلتونی در دیگر زمینه ها به کار برد.
    کلیدواژگان: هوپ، روتور پره دار، مخروطی، گردش، استوانه ای، انشعاب
  • محمدرضا انصاری، بابک حبیب پور، ابراهیم سلیمی، پویان ادیبی صفحات 52-60
    در تحقیق حاضر به مطالعه تجربی رژیم ها و نمودار های جریان دوفازی آدیاباتیک آب-هوا در شیب های متوالی کانالی به شکل یک زانویی بزرگ و همچنین قسمت های افقی بالادست و پایین دست این زانویی پرداخته شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که ناحیه مربوط به رژیم جریان حبابی طویل بدون تاثیر از تغییرات شیب کانال، برای هر سه مقطع شیب دار کاملا بر هم منطبق می باشد. همچنین با کاهش شیب کانال در طول مسیر، گذار از رژیم جریان مه آلود گردابه ای به حلقوی مه آلود، به دبی های بالاتر جریان گاز منتقل می شود. رژیم جریان حلقوی تنها در شیب اول مشاهده می شود. رژیم جریان اسلاگ در قسمت افقی بالادست زانویی، براساس رشد ناهمواری های سطح مشترک و در قسمت افقی پایین دست توسط حباب های تیلور ایجاد می گردد. با این وجود، افزایش دبی جریان مایع، سبب رشد ناحیه مربوط به رژیم جریان اسلاگ در هر دو قسمت می شود. علاوه بر موارد فوق نحوه تغییرات کسر حجمی فاز گاز با دبی فازها در مقطع ورودی نیز مورد توجه قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: جریان دوفازی، شیب های متوالی، کانال شیب دار، دیاگرام جریان، کانال مستطیلی
  • امیر عبدالله زاده، حسن علم خواه، فرزاد محبوبی، علیرضا صبور روح اقدم، کوانگ هوکیم صفحات 61-66
    هدف از این مقاله، ارزیابی کیفی خواص مکانیکی پوشش نانوساختار سخت نیترید آلومینیوم-تیتانیوم اعمال شده بر روی ابزارهای برش با استفاده از آزمون پراش پرتو ایکس می باشد. برای این منظور پوشش های نانوساختار TiAlN و TiN با استفاده از روش های رسوب گذاری شیمیایی از فاز بخار به کمک پلاسما و کندوپاش مغناطیسی با توان برانگیختگی بالا به صورت جداگانه لایه نشانی شدند. برای بهبود چسبندگی پوشش نانوساختار TiAlN به زیرلایه فولادی به مدت یکساعت با استفاده از پوشش میان لایه نیترید تیتانیوم لایه نشانی شدند. برای مقایسه نتایج بدست آمده با مقادیر واقعی از دستگاه های نانودندانه گذاری، ریزسختی سنجی و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان استفاده شد. نتایج دلالت دارد که استفاده از آزمون پراش پرتو ایکس و تحلیل پیکهای بدست آمده از این روش، می تواند به خوبی خواص مکانیکی پوششها را به طور کیفی مورد ارزیابی قرار گیرد. برای اثبات ارتباط میان خواص مکانیکی با اطلاعات مستخرج از نمودارهای پراش پرتو ایکس، از عوامل مختلفی چون پارامتر شبکه، میکروکرنش و تنش پسماند، ضریب بافت بلوری، چگالی نابجایی ها و اندازه دانه بلوری بهره گرفته شد. در نتیجه این روش می تواند به عنوان روش غیرمخرب، سریع و ارزان، برای مقایسه و ارزیابی کیفی خواص مکانیکی مواد لایه نازک مورد استفاده عملی قرار گیرد.
    کلیدواژگان: پراش پرتو ایکس، ابزار برش، ارزیابی خواص مکانیکی، پوشش نانوساختار TiAlN
  • علی جمالی، مجتبی معصوم نژاد، محسن نهاله کاه، نادر نریمان زاده صفحات 67-74
    مساله تخمین متغیرهای حالت مدل دینامیکی سیستم یکی از موضوعات مورد علاقه مهندسین کنترل است. فیلترهای کالمن، اچ-بینهایت و فیلتر ترکیبی کالمن/اچ-بینهایت از جمله متداول ترین فیلترهایی می باشند که جهت تخمین متغیرهای حالت مخدوش با نویزهای گوسی و سفید کاربرد دارند. چنانچه نویزهای فرآیند یا اندازه گیری رنگی باشند فیلترهای مذکور دارای عملکردی در حد مطلوب نخواهند بود. در این مقاله، روش بهینه سازی چند هدفی (الگوریتم ژنتیک چند هدفی) برای طراحی فیلتر ترکیبی کالمن/اچ-بینهایت در شرایطی مورد استفاده قرار گرفته است که متغیرهای حالت سیستم دینامیکی با نویزهای رنگی مخدوش شده اند. همچنین برای تحلیل اثر نویزهای رنگی بر تخمین متغیرهای حالت یک آونگ وارون از روش افزایش بعد متغیر حالت استفاده شده است و با استفاده از الگوریتم ژنتیک چند هدفی، نمودار نقاط پارتو غیر برتر از دید هر دو تابع هدف فیلترهای کالمن و اچ-بینهایت حاصل شده است. شبیه سازی برای یک آونگ وارون بیانگر این موضوع است که استفاده از روش پیشنهادی می تواند سبب بهبود قابل ملاحظه ای در عملکرد فیلترهای کالمن و اچ/بینهایت در شرایط وجود نویز رنگی شود. همچنین با استفاده از روش پیشنهادی می توان از ویژگی های مثبت هر دو فیلتر کالمن و اچ-بینهایت بطور همزمان بهره برد به گونه ای که در نقطه مصالحه طراحی در شرایط وجود نویز رنگی مقادیر توابع میانگین مجذور مربعات خطاهای تخمین و حد بالای خطاهای تخمین کمینه گردند.
    کلیدواژگان: آونگ وارون، فیلتر ترکیبی کالمن، اچ، بینهایت، نویز رنگی، بهینه سازی چند هدفی
  • مجید باقری، ابوالفضل بیجاری، مهدی راغبی صفحات 75-84
    تشدیدگرهای میکرومکانیکی قطعات کوچکی هستند که در فرکانس های بالا ارتعاش می کنند. امروزه با پیشرفت های انجام شده در زمینه ساخت سیستم های میکروالکترومکانیکی، این تشدیدگرها در حسگرها، سیستم های ارتباطی بی سیم و ناوبری کاربرد گسترده ای یافته اند. مکانیزم های رایج اتلاف انرژی در تشدیدگرهای میکرومکانیکی شامل اتلاف هوا، اتلاف ترموالاستیک و اتلاف تکیه گاه می شوند. در این مقاله با توجه به غالب بودن مکانیزم اتلاف تکیه گاه در کاربردهای مهمی نظیر نوسان سازها، فیلترهای الکتریکی و ژیروسکوپ ها، رابطه ضریب کیفیت اتلاف تکیه گاه در مد ارتعاشی شناور تشدیدگر مستطیلی میکرومکانیکی با دو تیر نگهدارنده محاسبه و برای اعتبارسنجی از مطالعات آزمایشگاهی استفاده می شود. نتایج به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی مطابقت قابل قبولی داشته و درستی مدل سازی انجام شده را نشان می دهد. همچنین این نتایج نشان می دهند که ضریب کیفیت اتلاف تکیه گاه با افزایش ضخامت زیرلایه افزایش می یابد. علاوه بر این، طرح جدیدی برای افزایش ضریب کیفیت اتلاف تکیه گاه در مد ارتعاشی شناور تشدیدگرهای مستطیلی میکرومکانیکی پیشنهاد می شود. برای این منظور، از تیرهای T شکل به جای تیرهای نگهدارنده معمولی استفاده شده و محاسبات انجام شده نشان می دهند که ضریب کیفیت تشدیدگر در فرکانس تشدید یکسان در حدود 1/5 برابر افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: تشدیدگر مستطیلی میکرومکانیکی، ضریب کیفیت، اتلاف تکیه گاه، مد شناور
  • محمد نظری، محمد کاظم بشارتی گیوی، محمدرضا فراهانی، جواد ملایی میلانی، حسن محمد زاده جمالیان صفحات 85-90
    هدف از این تحقیق بررسی اثر تعداد پاس بر روی خواص مکانیکی و ریزساختار جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی پیوسته لب به لب آلومینیوم 2024 با افزودن ذرات نانو آلومینا در درز جوشکاری است. ترکیبی از سرعت دورانی و سرعت پیشروی بر روی نمونه ها اعمال شده است. نمونه بهینه با توجه به عدم وجود عیوب ظاهری و متالورژیکی در ریز ساختار و با توجه به بیشترین استحکام کششی نهایی انتخاب شد و ریز ساختارهای حاصل با استفاده از میکروسکوپ نوری و سطح شکست نمونه ورق خام و نمونه بهینه حکاکی شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل بیانگر آن است که در جوشکاری با سرعت دورانی 1400 دور بر دقیقه و پیشروی 16 میلی متر بر دقیقه در دو پاس جوشکاری پیوسته استحکام کششی نهایی نسبت به نمونه عاری از ذرات تقویتی نانو آلومینا بهبود یافته ولی با افزایش تعداد پاس جوشکاری استحکام کششی نهایی کمتر از استحکام نمونه بدون پودر شد. میانگین سختی در ناحیه هم خورده جوش در نمونه جوشکاری شده با پودر نسبت به نمونه جوشکاری شده بدون پودر افزایش یافت ولی افزایش تعداد پاس جوشکاری تاثیر چشمگیری بر افزایش میانگین سختی در ناحیه هم خورده نداشت. اندازه دانه نیز تا پاس دوم جوشکاری کاهش یافت و پس از آن با افزایش تعداد پاس جوشکاری در اندازه دانه تغییر چشمگیری مشاهده نشده است.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، استحکام کششی نهایی، میکرو سختی، ذرات نانو آلومینا، اندازه دانه
  • سعید فرزین، یوسف حسن زاده، محمد تقی اعلمی، روح الله فاتحی صفحات 91-103
    دو حلگر عددی SPH تراکم ناپذیر، شامل یک روش صریح اصلاح شده و یک روش شبه ضمنی، به مسائل جریان سطح آزاد حاوی رسوب توسعه داده شده است. روش صریح حاضر، با استفاده از طرح های گسسته سازی سازگار، دقت روش های صریح معمول را تا حدودی بهبود می بخشد. روش ضمنی نیز علاوه بر آن، متضمن ارضای کامل شرط تراکم ناپذیری می باشد. در روش های ارائه شده، فاز مایع با استفاده از معادلات ناویر-استوکس مدل سازی می گردد. برای پیش بینی رفتار غیر نیوتنی فاز رسوب، از مدل رئولوژیکی پلاستیک بینگهام استفاده شده است. دقت و قابلیت روش های عددی توسعه داده شده، در ابتدا با حل یک مساله تک فاز انتقال رسوب غیر ماندگار ناشی از شکست سد و سپس به کمک مساله شکست سد بر بستر فرسایش پذیر و انتقال مخلوط دوفازی آب-رسوب، به صورت دو بعدی بررسی و با نتایج آزمایشگاهی و عددی موجود مقایسه شده است. مقایسه نتایج نشان می دهد که روش های ارائه شده و به ویژه روش ضمنی، دارای توانایی بالایی در مدل سازی مشخصه های جریان آب و رسوب و نیز اندرکنش بین جریان، انتقال رسوب و تغییرات مورفولوژیکی بستر فرسایش پذیر، ناشی از جاری شدن سیلاب های شدید می باشند.
    کلیدواژگان: جریان SPH تراکم ناپذیر، روش های صریح و ضمنی، انتقال رسوب، مدل پلاستیک بینگهام، شکست سد
  • مسعود طهانی، علی محمد ناصریان نیک صفحات 104-112
    این پژوهش قصد دارد اطلاعات جدیدی درباره رفتار مکانیکی مولکول دو رشته ای دی ان ای ارائه دهد. به این منظور، مجموعه ای از شبیه سازی های دینامیک مولکولی توسعه یافته با جزئیات اتمی بر روی دی ان ای دوازده- پاره ای انجام می شود. محاسبات دینامیک مولکولی با استفاده از روش حلال برن تعمیم یافته- مساحت سطح قابل دسترس و دینامیک لانگوینی صورت می گیرد. منحنی های تنش- کرنش دی ان ای که تحت زاویه ها و سرعت های مختلف کشش به دست می آید مورد تحلیل قرار گرفته و نقش سرعت کشش و زاویه کشش در تعیین خواص بیومکانیکی دی ان ای دو رشته ای طول کوتاه بررسی می شود. نتایج به دست آمده نشان می دهد چقدر رفتار مولکول دی-ان ای تحت تاثیر نیروهای کششی می تواند پیچیده باشد. از طریق تحلیل در سطح جفت بازهای تغییر شکل مولکول، طی فرآیندهای کشش، پایداری سازه ای مولکول دی ان-ای-ای که در معرض کشش زاویه دار با سرعت های کشش مختلف قرار می گیرد و نیز مسیرهای متفاوت برای جدایش دی ان ای دو رشته ای مطالعه می گردد. پایداری سازه ای دی ان ای دو رشته ای می تواند وابسته به سرعت و زاویه کشش باشد. در حالی که پایداری سازه ای با کاهش سرعت کشش می تواند به طور قابل ملاحظه ای کاهش یابد، کشش دی ان ای تحت زوایای مختلف اثرات متفاوت و غیرقابل پیش بینی بر پایداری ساختار آن خواهد داشت.
    کلیدواژگان: دینامیک مولکولی، دی ان ای (DNA) دو رشته ای، رفتار مکانیکی، کشش
  • مجید قریشی، وحید طهماسبی صفحات 113-121
    چکیده - در این مقاله یکی از جدیدترین فرآیندهای ماشینکاری تحت عنوان ماشینکاری تخلیه الکتریکی خشک که از مهمترین تفاوت های آن در مقایسه با تخلیه الکتریکی معمولی استفاده از دی الکتریک گازی و سرعت دوران الکترود ابزار می باشد، مورد بررسی قرار گرفته است. با در نظر گرفتن ولتاژ دهانه ماشینکاری، جریان، زمان روشنی و خاموشی پالس، فشار گاز دی الکتریک و سرعت دوران الکترود به عنوان متغیرهای ورودی موثر در فرآیند، بهینه سازی به روش سطح پاسخ برای بهبود ماشینکاری از نظر نرخ باربرداری صورت پذیرفته است. با توجه به انجام و تحلیل آزمایشات می توان نتیجه گرفت هرچه ولتاژ دهانه ماشینکاری، جریان، نسبت زمان روشنی پالس به خاموشی پالس، فشار گاز ورودی و سرعت دوران الکترود بیشتر باشند نرخ باربرداری بیشتر خواهد بود و برای زمان روشنی پالس یک مقدار بهینه وجود دارد که بسته به شرایط آزمایش تعیین می گردد. همچنین نرخ بار برداری در این فرآیند در مقایسه با ماشینکاری تخلیه الکتریکی معمولی در شرایط یکسان بهبود یافته است.
    کلیدواژگان: ماشینکاری تخلیه الکتریکی خشک، دی الکتریک گازی، روش سطح پاسخ، نرخ باربرداری
  • سعید جعفری مهرآبادی، میلاد جلیلیان راد، احسان ضرونی صفحات 122-132
    در این تحقیق رفتار ارتعاشی پوسته ی مخروطی ناقص تقویت شده با نانولوله های کربنی تک جداره با توزیع یکنواخت (UD) و مستقر بر بستر الاستیک (پسترناک)، بر اساس تئوری مرتبه اول تغییر برشی مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور تاثیر خواص مکانیکی نانولوله ها بر سازه ی مذکوراز قانون مخلوط ها استفاده شده است. برای فرمولبندی مسئله در ابتدا بر اساس میدان تغییر مکان در تئوری مرتبه اول و با استفاده از روابط کرنش تغییر مکان، مولفه های کرنش در مختصات منحنی الخط نوشته شده و پس از ساده سازی در مختصات مخروطی و با استفاده از قوانین هوک تنشها محاسبه شده اند. در مرحله ی بعد با تشکیل تابع انرژی پتانسیل کل سیستم و با در نظر گرفتن توابع مناسب برای تغییر مکانها با توجه به شرایط مرزی پوسته، با اعمال روش ریتز، فرکانس های پوسته ی مخروطی تقویت شده بدست آمده اند. در پایان اثر کسر حجمی نانولوله های کربنی، نسبت ضخامت به شعاع مخروط، ثابت های بستر الاستیک و پارامترهای دیگر بر روی فرکانس های طبیعی سازه مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. همچنین صحت نتایج با دیگر مقالات موجود در این زمینه مقایسه و از نحوه ی حل مسئله اطمینان کافی حاصل شده است.
    کلیدواژگان: ارتعاش آزاد، پوسته ی مخروطی، نانولوله های کربنی تکجداره، روش ریتز، بستر الاستیک
  • محمدرضا انصاری، بابک حبیب پور، ابراهیم سلیمی، پویان ادیبی صفحات 133-144
    در تحقیق حاضر به مطالعه تجربی مشخصه های حباب های تیلور در یک زانویی بزرگ متشکل از سه شیب متوالی پرداخته شده است. برای این منظور ابتدا نمودارهای جریان برای زانویی و مقطع افقی بالادست آن ترسیم شده است تا ناحیه مربوط به این رژیم جریان و مکانیزم تشکیل حباب ها تعیین گردد. سپس تاثیر سرعت های ظاهری جریان های مایع و گاز و همچنین شیب کانال بر روی مشخصه های سرعت متوسط، طول و فرکانس حباب ها بررسی شده است. بر اساس نتایج بدست آمده، با افزایش سرعت ظاهری فاز گاز و کاهش شیب در طول مسیر، سرعت و طول حباب ها بیشتر می شود، درحالی که افزایش سرعت مایع، تاثیر کاهشی بر این مشخصه ها دارد. فرکانس حباب ها نیز مستقل از تغییرات شیب، با افزایش سرعت ظاهری جریان گاز، همواره کاهش یافته و با افزایش سرعت جریان مایع، ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد. در تعیین محدوده ایمن کاربردهای صنعتی، دبی جریان مایع می بایست، با توجه به مقدار کمینه فرکانس حباب ها انتخاب شود. در حالی که برای انتخاب مقدار مناسب دبی جریان گاز، همواره نوعی بهینه سازی بین کاهش فرکانس و افزایش سرعت حباب ها با کاهش طول آن ها لازم می باشد. همچنین روابطی برای طول و سرعت حباب ها با توجه به پیشینه تحقیق بدست آمده ولی درمورد فرکانس حباب ها، بدلیل روند تغییرات متفاوت و همچنین کمبود منابع در این زمینه، روابطی بر اساس اعداد رینولدز ظاهری فازهای پیشنهاد گردیده است.
    کلیدواژگان: جریان دوفازی، حباب های تیلور، کانال شیب دار، شیب های متوالی، جریان پلاگ
  • رضا زردشتی، امیرعلی نیکخواه *، محمد جواد یزدان پناه صفحات 145-155

    در این مقاله، به مسئله تاثیر خطای ناوبری در طراحی مسیر پرنده های بدون سرنشینی که ملزم به پرواز برفراز عوارض زمینی در ارتفاع پایین هستند پرداخته شده است. باتوجه به اینکه سیستمهای ناوبری اینرسی مشکل افزایش انحراف برحسب زمان دارند، داشتن پرواز ایمن و بدون برخورد با عوارض زمینی در ارتفاعات پایین، از نکات اساسی طراحی مسیر اینگونه پرنده ها تلقی می گردد. از طرف دیگر، بعضی پرنده ها از ترکام به عنوان سیستم کمک ناوبری استفاده می کنند. این سیستم در مناطق ناهموار کارایی بیشتری دارد و لذا تامین الزامات آن در کنار قیود دیگر کار پیچیده ای است. در این مقاله تلاش شده محددودیتهای فوق در فرآیند طراحی مسیر لحاظ گردد. برای این منظور، از الگوریتمی مبتنی برشبکه جریان لایه ای روی نقشه های دیجیتالی عوارض زمینی استفاده شده که قابلیت بالایی در پذیرش انواع قیود داشته و مسیری بهینه و قطعی تولید می نماید. بنابراین با بکارگیری معادلات دینامیک حرکت سه بعدی پرنده در فضای گسسته همراه با قیود دینامیکی و معیارهای بهینگی مختلف، مدل کاملی از خطای ناوبری و همچنین پارامترهای تاثیرگذار ترکام در الگوریتم مزبور اضافه شده تا مسیر شدنی تولید نماید که احتمال برخورد به عوارض به صفر کاهش یابد، ضمن اینکه الزامات ترکام را تامین نماید. الگوریتم حاصله با اعمال شرایط اولیه و در کمترین زمان ممکن، مسیر مزبور را تولید می کند. نتایج عددی، صحت این مسئله را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: طراحی مسیر، پرنده بدون سرنشین، خطای ناوبری، شبکه جریان، تطبیق کانتور عوارض زمینی
  • یوسف حجت، کیوان کاکاوند، مجتبی قدسی، علی اصغر مداح صفحات 156-162
    در این مقاله مدل جدیدی برای پاسخ سیال مگنتورئولوژیکال به ورودی جریان در حالت گذرا ارائه شده است. اکثر مدل های ارائه شده برای این سیال مربوط به حالت پایدار سیال بوده و در مدل های معدودی که برای حالت گذرا ارائه شده ورودی جریان الکتریکی به صورت پله ای و نرخ برش ثابت فرض شده است. در مدلی که در این پژوهش برای حالت گذرای سیال مگنتورئولوژیکال توسعه داده شده، جریان الکتریکی ورودی به صورت تابع نمایی و نرخ برشی به صورت متغیر در نظر گرفته شده است. با توجه به لختی مغناطیسی ناشی از اندوکتانس کویل، چگالی شار مغناطیسی نمی تواند به صورت پله ای باشد، بنابراین مدل ارائه شده با واقعیت تطابق بیشتری دارد. برای صحت سنجی مدل ارائه شده و نیز بررسی خواص سیال به عنوان پارامتر ورودی مدل، یک کوپلینگ آزمایشگاهی طراحی و ساخته شده که در آن میدان مغناطیسی در راستای عمود بر جهت برشی به سیال اعمال شده و خروجی آن تنش برشی به صورت تابعی از زمان است. تطابق خروجی های مدل با نتایج تجربی، دقت قابل قبول مدل را نشان می دهد. با توجه به نتایج تئوری و تجربی، از مدل موجود جهت ایجاد یک گشتاور کنترل شده و دقیق برای کاربرد در کوپلینگ مغناطیسی استفاده شده و نتایج قابل قبولی به دست آمده است.
    کلیدواژگان: سیال مگنتورئولوژیکال، مدل ماکسول، حالت گذرا، مغناطیس، پاسخ زمانی
  • محمدرضا قضاوی، مسعود سلطان رضایی صفحات 163-170
    ماشین آلات دوار یکی از انواع سیستم های مکانیکی هستند که در صنعت کاربرد زیادی دارند. نحوه اتصال محورها و نیز نوسانات مجموعه از جمله مواردی است که همواره در این سیستم ها مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. در این مقاله یک سیستم دوار مکانیکی مدلسازی شده است. در این مدلسازی یک سیستم شامل دو محور (شافت) انعطاف-پذیر ناهمراستا که با اتصال گاردان متصل شده اند به صورت دو درجه آزادی و با در نظر گرفتن ارتعاشات پیچشی بررسی گشته است. پایداری این مجموعه به کمک روش ماتریس مندرمی تحلیل شده است. اعتبارسنجی مدلسازی به وسیله مقایسه نتایج حاصل با نتایج پژوهش های گذشته و نیز انواع فرکانس های طبیعی سیستم صورت گرفته است. پس از آن، تاثیر پارامترهای مختلف سیستم از جمله سرعت دورانی، زاویه گاردان (زاویه محور ها با یکدیگر) و جنس (خواص) محور ها (سختی و میرایی آن ها) بر پایداری مجموعه بررسی شده است. علاوه بر این شرایط و چگونگی تاثیر هر پارامتر بر سیستم مورد بحث قرار گرفته است. در انتها نمودارهای پایداری بر اساس پارامترهای مختلف سیستم ارائه گشته اند. مشاهده می شود با کاهش سختی محور ها و زاویه گاردان و نیز با افزایش میرایی محور ها پایداری سیستم افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: مدلسازی سیستم های دوار، زاویه گاردان، تحلیل پایداری
  • سیدعلی اکبر موسویان، مجتبی رحیمی بیدگلی، علی کیماسی خلجی صفحات 171-178
    در این مقاله، کنترل تعقیب مسیر مرجع زمانی توسط یک ربات متحرک چرخ دار، مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرد. ربات متحرک چرخ دار، یک سیستم غیرخطی بوده و دارای سه مختصه تعمیم یافته (x،y،φ) و یک قید غیر هولونومیک، می باشد. در ابتدا، معادلات سینماتیکی و دینامیکی ربات استخراج می شود. یک الگوریتم کنترلی غیر مدل مبنا با استفاده از خطاهای فیلتر شده PD-action برای کنترل ربات متحرک چرخ دار ارائه شده است. مدل های کنترلی غیر مدل مبنا به دلیل عدم وابستگی به مدل دینامیکی ربات، پایین بودن هزینه محاسباتی و همچنین مقاوم بودن در برابر عدم قطعیت های مدل، نسبت به مدل های کنترلی مدل مبنا مناسب تر هستند. با استفاده از تابع لیاپانوف مناسب و همینطور بکار بردن لم باربالات، پایداری مجانبی کنترل کننده مدار بسته برای تعقیب مسیر مرجع زمانی، اثبات می شود. در نهایت، نتایج شبیه سازی و پیاده سازی آزمایشگاهی روش کنترلی پیشنهادی ارائه می شود. نتایج حاصله نشان می دهد که بدون نیاز به اطلاعات مربوط به مدل دینامیکی و با کاهش دادن بار محاسباتی، عملکرد الگوریتم کنترلی پیشنهادی، قابل قبول می باشد. بنابراین، الگوریتم کنترلی پیشنهادی یک الگوریتم ساده است که نسبت به تئوری های پیچیده با بار محاسباتی بالا نتایج قابل قبولی می دهد، در نتیجه این الگوریتم صنعتی تر می باشد.
    کلیدواژگان: ربات متحرک چرخ دار، قید غیرهولونومیک، تعقیب مسیر مرجع زمانی، کنترل کننده غیر مدل مبنا، پایداری مجانبی
  • بهزاد قاسمی، عباس کسایی پور، افراسیاب رئیسی صفحات 179-189
    در این مقاله انتقال حرارت جابجایی آزاد نانوسیال در یک محفظه T شکل مورب پر شده از نانوسیال آب و مس تحت تاثیر میدان مغناطیسی ثابت به روش عددی بررسی شده است. دیوار بالائی محفظه در دمای سرد و سایر دیواره ها عایق می باشند. یک منبع حرارتی با دمای ثابت در کف محفظه تعبیه شده است. معادلات حاکم به روش حجم کنترل جبری شده و توسط الگوریتم سیمپل به طور همزمان حل می گردد. عدد هارتمن از 0 تا 80 تغییر داده شده و محفظه تحت زوایای 0 تا 90 درجه چرخیده است. نتایج نشان می دهند، اثر میدان مغناطیسی بر نوسلت متوسط در ریلی های بالا بیشتر است. در Ra=105، افزایش نانوسیال، تا عدد هارتمن 20، سبب کاهش نوسلت متوسط می شود و در هارتمن 40 به بالا، سبب افزایش نوسلت متوسط می شود. در Ra=106، افزایش نانوسیال، تا عدد هارتمن 20، سبب افزایش نوسلت متوسط می شود و در هارتمن 40 به بالا، سبب کاهش نوسلت متوسط می شود. همچنین نتایج نشان می دهد، بیشترین انتقال حرارت در اعداد ریلی 105 و 106، در زاویه 67/5 درجه رخ می دهد و کمترین انتقال حرارت در اعداد ریلی 105 و 106، به ترتیب در زاویه صفر و 22/5 درجه رخ می دهد.
    کلیدواژگان: میدان مغناطیسی، محفظه Tشکل، نانوسیال، کسر حجمی نانوذرات، جابجایی آزاد
  • عبدالحمید گرجی ولوکلا، سحرناز منتظری، محمد بخشی صفحات 190-198
    خمکاری لوله کاربرد بسیار گستردهای در صنایع هوافضا، خودروسازی و سایر صنایع دارد. چروکیدگی لوله های جدار نازک، تغییرشکل سطح مقطع و تغییرات ضخامت در حین خمکاری لوله، از مشکلهای اصلی این فرآیند بشمار میآید. نیروی فشاری و فشار داخلی میتواند به منظور کنترل بهتر فرآیند خمکاری مورد استفاده قرار گیرد. چنانچه نسبت شعاع خم به قطر لوله (R/D) در فرآیند خمکاری بین 1 تا 1/5 باشد، خمکاری با روش های معمول قابل انجام نیست. ارائه روش جدیدی که بتواند سبب برطرف کردن چروک در لوله و کمترین تغییرات ضخامت در دیواره آن شود، حائز اهمیت است. در این پژوهش، لوله ها به صورت انتها بسته تولید شده است. از آنجا که تهیه لوله جدار نازک با انتهای بسته مشکل است، در این پژوهش ابتدا لوله های انتها بسته بدون درز به وسیله فرآیندهای کشش عمیق و اتوکاری تولید گردیده و پس از ساخت این لوله ها، فرآیند خمکاری لوله با نسبت (R/D) برابر یک توسط فرآیند جدید خم هیدرولیکی به صورت تجربی و شبیه سازی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. پس از بررسی مسیر فشار، مسیر فشاری که در آن لوله بدون چروکیدگی به طور کامل شکل قالب را به خود میگیرد، بدست آمد. همچنین اثر تغییرات فشار بر توزیع ضخامت لوله در شعاع داخلی و شعاع خارجی ناحیه خم لوله مورد بررسی قرار گرفت.
    کلیدواژگان: خمکاری لوله، خمکاری هیدرولیکی، شبیه سازی اجزای محدود
  • سیدعلی هاشمیان، بهنام معتکف ایمانی صفحات 199-208
    در یک مجموعه مکانیکی، وجود خطاهای ناشی از ساخت قطعات و یا فرآیند مونتاژ، می تواند باعث تغییرات زیادی در مجموعه نهایی نسبت به مدل ایده آل شده و بر کیفیت و عملکرد آن تاثیرگذار باشد. در سازه های ورقی فلزی، بدلیل انعطاف پذیری زیاد ورق ها، خطاهایی که به هنگام مونتاژ رخ می دهد، به اندازه خطاهای ناشی از تلرانس تولیدی ورق ها تاثیرگذار هستند؛ لذا در اختیار داشتن مدلی جامع که بتواند فرآیند مونتاژ این سازه ها را تحلیل و ارتباط بین تلرانس قطعات و تغییرات نهایی مجموعه را بیان نماید، بسیار حائز اهمیت است. اما باید به این نکته نیز توجه داشت که فرآیندهای مونتاژ معمولا پیچیده و ذاتا غیرخطی هستند. مهمترین عاملی که باعث غیرخطی شدن فرآیند مونتاژ سازه های ورقی می شود، تماس متقابل سطوح با یکدیگر در حین مونتاژ می باشد. نادیده گرفتن این اثر و بیان فرآیند مونتاژ صرفا بر اساس رابطه خطی نیرو-جابجایی منجر به تداخل ورق ها در مدل و بروز اختلافات زیاد بین نتایج تئوری و عملی خواهد شد. فاکتور مهم دیگر در تحلیل تلرانسی سازه های ورقی، پیوستگی سطح ورق هاست که باعث ایجاد ارتباطی متقابل بین تغییرشکل نقاط مختلف یک ورق می شود. هدف از این مقاله ارائه روشی جدید در تحلیل تلرانسی سازه های ورقی فلزی انعطاف پذیراست که در آن تحلیل اجزای محدود غیرخطی با شکل بهبودیافته تحلیل آماری بدون حساسیت ترکیب می شود تا بتواند اثرات تماس متقابل و پیوستگی سطح ورق ها را در نظر گرفته و خطای حاصل در مجموعه مونتاژی را محاسبه نماید. دقت این روش نیز به کمک نتابج بدست آمده از آزمایش و شبیه سازی مونت کارلو تایید شده است.
    کلیدواژگان: تحلیل تلرانسی سازه های ورقی انعطاف پذیر_ تماس متقابل سطوح، پیوستگی سطوح، تحلیل اجزای محدود غیرخطی، تحلیل آماری بدون حساسیت بهبودیافته
|
  • Mehran Mirshams, Hojat Taei, Mehdi Ghobadi, Hassan Haghi, Ghasem Sharifi Pages 1-12
    This article describes the details in design and development of a satellite attitude dynamics simulator that is used to validate control algorithms, improve novel control methods, verify the operation of available actuators or sensors and exhibit the fundamentals of attitude dynamics to students or experts. This dumbbell style simulator is based on a spherical air-bearing and is able to produce a frictionless and torque-free environment for simulating spacecraft operational environment. The facility includes a variety of subsystems such as: cold-gas propulsion subsystem, inertial measurement unit, power-supply unit, on-board processor and semi-automatic mass balancing mechanism. The overall design of this system was pretty complicated especially when considering the mission requirements, operating constraints and functional limitations imposed by the ground-based simulation, thus, a detailed design procedure has been deployed and also, this procedure has been performed accurately. An explanation about dynamic equations of motion of simulator with on-off thrusters, software-based simulation, applying reliable control algorithm and balancing methodology is the next part of this article. Finally, the results of the realistic maneuvers of this satellite simulator are presented and investigated in detail.
    Keywords: Cold Gas Thruster, Attitude Dynamics, Air, Bearing, Satellite Simulator
  • Mohammad Javad Esfandyari, Vahid Esfahanian, Mohammad Reza Hairi Yazdi, Hassan Nehzati, Amin Salehi Pages 13-22
    Due to the complexity in the control system of hybrid vehicles, the electronic control units should go through extensive testing before getting installed in a prototype vehicle. In the first stages of the development process, Hardware-in-the-Loop (HiL) simulation can not be performed because the hardware components of the vehicle are not yet available. In this case, Model-in-the-loop (MiL) simulation is used which couples the designed control software with an environment simulation with no need for a special hardware. In this paper, the MiL simulation is introduced for verification of the vehicle control software in a series hybrid electric bus. To do so, considering the dynamic behavior of various components of the vehicle, a simulator of the hybrid bus is designed by going through with the input/outputs of the vehicle control software. Using the designed test bench, the user can act as a real driver and experience different driving regimes and analyze the control software commands. In the designed simulator, all subsystems are simulated separately in LabVIEW environment and real-time simulation is achieved with an acceptable error. Therefore, it can be used in a HiL test bench for testing each of the vehicle components. The designed simulation model has been validated using real test results. Using that, results show that all control functions in the vehicle control software can be tested and verified with no cost and in the shortest possible time.
    Keywords: Hybrid electric, Simulator, Model, in, the, loop, Vehicle control software
  • Farid Vakil, Tahami, Mohammad Zehsaz, Arash Mohammad Alizadeh Fard Pages 23-34
    In this paper the creep behavior of a functionally graded (FG) rotating disc made of Aluminum 6061 and Silicon Carbide is investigated and the optimum volume fraction of FG disc and its profile has been obtained. For this purpose, the temperature gradiant along the disc radius is obtained by solving the govering heat transfer differential equation. All the thermal properties of the material are assumed to be the function of temperature and volume fraction. To obtain material properties, two models of Mori-Tanaka and Hashin-Schtrickman are used. To validate the results, they are compared with those given in the literature. Two solution
    Methods
    semi-analytical and closed form are employed and the results are compared. The optimum design is carried out with one, and multi-objective methods which are based on genetic algorithm. The objectives are increasing the factor of safety, reducing the weight of the disc and reducing the range between minimum and maximum safety factors. The design variables are percentage of volume fraction, the power of material distribution formula, and the thickness of the disc. The results show that two solution methods compare well. Also, it has been shown that high fraction of Silicon Carbide in the outer side the disc provide optimum results. Also, contradiction of the objectives is reviled, hence the results are presented as Pareto front.
    Keywords: Rotating Disc, Functionally Graded Materials, Creep, Multi, objective Genetic Algorithm, Pareto Front
  • Ebrahim Abdi Aghdam, Mohsen Bashy Pages 35-42
    Fuel metering system and controlling fuel-air mixture of spark ignition engines have been the major goals for the researcher. Management in mixture quality and fuel economy have resulted in changing carburetor systems to injection systems. Start of fuel injection position and injection duration play important role in engine performance. In the current work a single cylinder research engine with capability of adjusting spark timing and controlling gasoline injection start position and duration was utilized. Compression ratio, engine speed and injection start position were adjusted to 8, 1800 rpm and breathing top dead center (BTDC), respectively. Injection duration and spark timing were controlled so that to achieve maximum output torque at equivalence ratio of 0.90. Fixing them, the start of injection was only changed in the range of -180 to 180°CA relative to BTDC with a 30°CA increment. For each case, cylinder pressure of 500 successive cycles were recorded and stored. The obtained results showed that the dispersion of indicated mean effective pressure (imep) data of the cases with injection position start after BTDC were higher than those of the cases with injection position start before BTDC. Also, the average values of imep and peak pressure and their coefficient of variation changed with varying fuel injection start position; and for the cases of high dispersion in imep data, the average values of imep and isfc appeared to be high and low respectively.
    Keywords: Gasoline injection, cyclic variations, spark ignition engine, start position of injection
  • Mohammad, Reza Ghazavi, Asghar Najafi, Ali Asghar Jafari Pages 43-51
    It is known from the previous studies that blades can cause resonance in bladed rotors under specific conditions. In this paper, the behavior of a nonlinear rotor, which faces with this kind of resonance, is investigated. In order to reach this goal, a bladed rotor, in which the disk and shaft are rigid, is considered. The blades are modeled by flexible beams. It is assumed that the disk is supported by elastic and nonlinear bearings. The nonlinear term of the bearing stiffness function is cubic. The rotating system vibrations include both cylindrical and conical whirling. The bifurcation equation is obtained by the method of multiple time scales method. The nonlinear effects are studied by the bifurcation equation. It is revealed that the system behavior, when it encounters Hamiltonian Hopf bifurcation, is dependent on the bearing stiffness nonlinearity type. Accordingly, both subcritical and supercritical Hopf bifurcation is possible. A numerical simulation is performed in order to study the effects of damping coefficients on the path of rotating disk center. The results and methods, which are used in this paper, are applicable for studying Hamiltonian Hopf bifurcation in other fields.
    Keywords: Hopf, conical, cylindrical, whirling, Bifurcation
  • Mohamadreza Ansari, Babak Habibpour, Ebrahim Salimi, Poyan Adibi Pages 52-60
    Experimental investigation of two-phase air-water flow was conducted at consecutive inclinations of a large bend (with three equal slopes in respect to each other) and including the horizontal sections of the inlet and outlet of the bend. The results show that the elongated bubble regime flows without any effect of duct inclination change and consistent for all three zones of horizontal sections of before and after the bend and the bend itself. It was also noticed, as the duct inclination decreases along the route, vortex misty flow transmits to misty annular flow at higher gas flow rates. The annular flow regime was noticed only at the first slop of the bend. Slug flow was observed at the horizontal sections upstream and downstream of the bend. The slug flow at the upstream generated by the interfacial instabilities but at the downstream formed by Taylor bubbles. Slug flow area in the flow diagram increases as liquid flow rate increase at both horizontal sections. In addition, the void fraction change rate with phases mass flow rate was considered at the duct inlet.
    Keywords: Two, phase flow, Consecutive inclinations, Inclined channel, Flow Diagram, Rectangular channel
  • A. Abdolahzadeh, Hassan Elmkhah, Farzad Mahboubi, Ali, Reza Sabor Rohaghdam, Kwang Ho Kim Pages 61-66
    The purpose of this paper is a qualitative evaluation of the mechanical properties of titanium aluminum nitride (TiAlN) hard nanostructured coatings applied on cutting tools using X-ray diffraction (XRD). Deposition of TiAlN and TiN nanostructured coatings were carried out by a pulse DC plasma-assisted vapor deposition (DC-PACVD) and a high power impulse magnetron sputtering (HIPIMS) machines. At first, for enhancement the adhesion of TiAlN nanostructured coating on the steel substrate, TiN inter-layer was deposited for the all samples. Nano-indentation, micro-hardness tester, and field emission scanning electron microscope (FE-SEM) were used in order to measured and compare the qualitative results with the real and experimental values. The results indicate that XRD pattern and their analysis can be a suitable qualitative method to evaluate the mechanical properties of the coatings. The lattice parameter, micro-strain, residual stress, texture coefficient, the crystal grain size and density of dislocation are used to demonstrate the relationship between the mechanical properties of the coatings and the XRD patterns. As a result, this method can be used as non-destructive and inexpensive method for quantitative comparison and evaluation of mechanical properties of thin film materials.
    Keywords: X-ray diffraction (XRD), cutting tools, qualitative evaluation, mechanical properties, TiAlN coating
  • Ali Jamali, Mojtaba Masoumnezhad, Mohsen Nahaleh, Nader Nariman Zadeh Pages 67-74
    Control engineers are interested in state estimation problems as one of the most interesting subject. In this way, Kalman filter, H-infinity, and Mixed Kalman/H-infinity filter are the most widely used filters for state estimation of the discrete linear dynamical system corrupted with Gaussian and white noises. These filters will be, however, suboptimal for state estimation when the process noise and/or measurement noise are color noises. In this paper, a multi-objective Pareto optimization (multi-objective genetic algorithm) approach is presented for the design of combined Kalman/H-infinity filters to estimate states corrupted with color noises. In this way, a state augmentation procedure is used to analyze the effect of the colored noises on states estimation of an inverted pendulum. Some Pareto curves are then obtained to compromise between the Kalman and H-infinity filters. It is shown that the use of such approach can evidently improve the effectiveness of the filters when the color noises are significant. Therefore, by using the proposed approach, we can employ the advantages of both Kalman and H-infinity filters simultaneously to minimize both the mean of squared errors and the upper bounds limit of estimation errors.
    Keywords: Inverted Pendulum, Mixed Kalaman, H, infinity, Color Noise, Multi, objective Optimization
  • Majid Bagheri, Abolfazel Bijari, Mehdi Raghebi Pages 75-84
    Micromechanical resonators are miniature devices that vibrate at high frequencies. Nowadays, with the recent advances in micro-electro-mechanical systems (MEMS) fabrication technology, micromechanical resonators are used widely in sensors, wireless communication and navigation systems. The commonly encountered energy loss mechanisms in micromechanical resonators include air damping, thermoelastic dissipation and anchor loss. In this paper, with regard to the dominated quality factor by anchor loss in some important applications including oscillators, electrical filters and gyroscopes, the closed-form expression is obtained for anchor loss quality factor in the plunging-mode vibrations of micromechanical rectangular-plate resonator with two support beams. The findings are validated by comparing with experimental data. As far as there is an acceptable match between the analytical and experimental results, the proposed model is confirmed. The results also show that the anchor loss quality factor increases with increasing substrate thickness. Moreover, a new design is proposed to enhance the anchor loss quality factor in the plunging-mode vibrations of micromechanical rectangular-plate resonators. For this purpose, the conventional support beams are replaced with T-shaped support beams. Besides, the results show that the anchor loss quality factor at the same resonant frequency is enhanced about 1.5 times.
    Keywords: Micromechanical Rectangular, plate Resonator, Quality Factor, Anchor Loss, Plunging, Mode
  • Mohammad Nazari, Mohammad Kazem Besharati Givi, Mohammad Reza Farahani, Javad Mollaei Milani, Hassan Mohammad Zadeh Pages 85-90
    The main aim of this experiment is to investigate the effects of Nano-size Al2O3 on the mechanical properties and microstructure of multi-passes friction stir welding of Al 2024 lap joint. Nano particles were added into the joint line. A combination of rotational speed and travelling speeds were performed. Optical microscopy and scanning electron microscope were used to investigate the microstructure and fracture surface of samples respectively. Optimum condition (sample) was selected due to highest ultimate tensile strength (UTS). It was seen that sample which included Nano particles and fabricated by 1400 rev/min rotational speed and 16 mm/min travelling speed in second pass of continues welding had improvement in UTS in comparison to one pass welded sample of particle free and after that increasing the number of passes reduce the UTS. The average micro hardness of the sample which was particle rich were increased in comparison to particle free sample in nugget zone. Increasing the number of passes was not effect average micro hardness in nugget zone significantly. Grain sizes were reduced by 2 passes welding and after that no significant reduction has been seen.
    Keywords: Friction stir welding, Ultimate tensile strength, Micro, hardness, Nano, size Al2O3, Grain size
  • Saeed Farzin, Yousef Hassanzadeh, Mohammad Taghi Alami, Rouhollah Fatehi Pages 91-103
    Two incompressible SPH numerical solvers, including a modified explicit method and a new implicit method have been developed to simulate the sediment-laden free surface flow problems. Using, consistent discretization schemes, the proposed explicit method improves somewhat the accuracy of the usual explicit ISPH methods. The implicit method additionally guarantees the incompressibility condition completely. In the presented methods, the liquid phase is modeled using Navier-Stokes equations and to predict the non-Newtonian behavior of the sediment phase, the Bingham plastic rheological model is used. The accuracy and capabilities of the developed incompressible SPH methods is first validated in comparison with available experimental and numerical results of a single-phase water-sediment mixture flow generated by unsteady dam break problem. Then, they are applied to simulate an eroding dam break problem with a two-phase flow sediment transport. Comparing the obtained results with the available results in the literature shows that the developed methods particularly the implicit one, are very powerful tools for simulation of the problems including sediment transport induced by violent free surface flow, with interactions between flow and sediment and morphological changes in bed.
    Keywords: Incompressible SPH Flow, Explicit, Implicit Methods, Sediment Transport, Bingham Plastic Model, Dam Break
  • Masoud Tahani, Ali Mohammad Naserian Nik Pages 104-112
    This research aims to provide new information about the mechanical behavior of double-stranded DNA (dsDNA). For this purpose, a series of extended atomic resolution molecular dynamics (MD) simulations of DNA dodecamer is performed. The MD calculations are carried out using Generalized Born solvent-accessible surface area method and Langevin dynamics. The stress-strain curves of DNA obtained under various pulling rates and pulling angles are analyzed, and the role of pulling angle and velocity in determining biomechanical properties of short dsDNA is discussed. The results illustrate that how much the behavior of DNA under action of tensile forces could be complicated. By means of at base pair level analyses of the molecule conformation during the stretching processes, the structural stability of the DNA molecule subjected to the angled pulling with different pulling rates and different pathways to the dsDNA rupture are studied. The structural stability of dsDNA can be dependent on the pulling velocity and pulling angle. Whereas the DNA stability can decrease significantly with the reduction of pulling velocity, stretching the DNA under different angles has different unpredictable effects on its structural stability.
    Keywords: Molecular Dynamics, Double, stranded DNA, Mechanical behavior, Stretching
  • Majid Ghoreishi, Vahid Tahmasbi Pages 113-121
    In this paper, dry electro-discharge machining (Dry EDM), one of the newest machining processes which differs mainly from conventional EDM in using gaseous dielectric along with tool electrode rotation, has been studied. Gap voltage, discharge current, pulse-on-time, pulse-off time, dielectric gas pressure, and electrode rotational speed have been considered as effective input parameters. Response surface methodology (RSM) has been used to optimize the machining performance with respect to material removal rate (MRR). Base on the results and analysis of running experiments, it can be concluded that MRR increases by increasing gap voltage, discharge current, the ratio of pulse-on time over pulse-off time, input gas pressure, and electrode rotational speed. There also exists an optimum amount of pulse-on time determined according to the machining circumstances. Also the material removal rate in dry EDM has been improved compared with that in conventional EDM in identical conditions.
    Keywords: Keywords: Dry electro, discharge machining (Dry EDM), Gaseous dielectric, Response surface methodology (RSM)
  • Saeed Jafari Mehrabadi, Milad Jalilian Rad, Ehsan Zarouni Pages 122-132
    In this paper, Free Vibration analysis of truncated conical shell Reinforced with single-walled carbon nanotubes for uniformly distribution (UD), resting on Pasternak elastic foundation, based on the first order shear deformation plate theory is investigated. The rule of mixture is used to effect of the properties of nanotubes in the mentioned structure. Based on the displacement field according to the first order shear deformation theory, after determining the strain components in the curvilinear coordinates and simplifying derived relation, we compute the strain components in conical coordinate. Then, the stress components are derived by the Hook’s law. In the next stage, by computing the total potential energy of system by regarding the effect of Pasternak elastic foundation and regarding the suitable functions for displacements, by applying the Ritz method the natural frequency of system have been derived. At the end, the effect of volume fraction of nanotubes, ratio of thickness to radius of cone, elastic constants and other parameters, on the natural frequency of structure have been investigated. Also, it can be observe close agreements between present results and other papers.
    Keywords: Free vibration, conical shell, Single wall carbon nanotube, Ritz method, elastic foundation
  • Mohamadreza Ansari, Babak Habibpour, Ebrahim Salimi, Poyan Adibi Pages 133-144
    Experimental investigation conducted on Taylor bubble characteristics in a large bend including three consecutive inclinations. For this purposes, flow maps were obtained for the bend and horizontal section of upstream of the bend to define the area of this regime and mechanism of Taylor bubble formation. The effect of superficial gas-liquid velocities and the duct slope were studied on average velocity, length and frequency of bubbles. The results show, the bubble velocity and length increase as gas superficial velocity increases and the duct slope decreases. However, liquid velocity increase has decreasing effect on this characteristics. Bubble frequency is independent of slope change and reduces as gas superficial velocity increase. However, bubble frequency reduces at first and then increase as liquid superficial velocity increases. Regarding the safety regulation for industry, the minimum of the bubble frequency should be generated for the required liquid mass flow rate. Meanwhile, for the gas velocity, some optimization is required between frequency reductions with Taylor bubble velocity increase in addition to bubble length reduction. Regarding the background of the present field with shortage of results on Taylor bubbles frequency, some correlations based on the superficial Reynolds number of phases were presented for each inclination.
    Keywords: Two, phase flow, Taylor Bubbles, Inclined channel, Consecutive inclinations, Plug Flow
  • Reza Zardashti, Amir Ali Nikkhah, Mohammad Javad Yazdan Panah Pages 145-155

    In this paper, the problem of the navigation error effect for the optimal and constraint Trajectory of the UAVs that are required to fly at low altitude over terrains has been discussed. Due to the increasing deviation problem of inertial navigation systems in terms of time, having a safe flight and collision avoidance with terrain at low altitude is the main point in the trajectory design of this type of the vehicles. On the other hand, some of these vehicles use Terrain Contour Matching (TERCOM) as a navigation aiding system. This system is more efficient in rough terrains, and providing the requirements of this system beside other constraints is a complex task. In this paper is tried to meet these constraints in the trajectory design process. For this purpose, an algorithm based on the layered network flow on the digital terrain maps used in a manner that has a high potential in adoption of various constraints and optimal trajectory is generated. Then, using equations of motion on a terrain digital data in 3D space with the dynamical constraints and different optimality criteria, a complete model of navigation error and also parameters affecting TERCOM has been developed to generate feasible path reducing terrain collision probability to zero.. Numerical results show validity of this issue.

    Keywords: Trajectory Design, Unmanned Aerial Vehicle, Navigation Error, Network Flow, TERCOM
  • Yossef Hojjat, Keyvan Kakavand, Mojtaba Ghodsi, Ali Asghar Maddah Pages 156-162
    In this paper a new model is developed to describe the response of Magneto-rheological fluids (MRF) in transient state. The models which are developed so far, cover the steady-state flow, or address the transient state, with step-wise input electrical current and constant shear rate. In this paper, a new model for transient state of MRF is developed in which the input electrical current is an exponential function in different values of shear rate. Due to the magnetic inertia caused by the inductance of the coil, the real magnetic flux density could not be step-wise. Hence, compare with the other models, this model is in well agreement with reality. To verify the presented model and study the fluid properties as input parameters, an experimental coupling is designed and fabricated. The coupling applies magnetic field perpendicular to shear direction, and measures the shear stress as a function of time. The results of the proposed model show acceptable agreement with experimental observations. According to experimental and theoretical results, the presented model is applied to a controllable torque coupling and acceptable results were obtained.
    Keywords: Magneto Rheological Fluid, Maxwell model, Transient state, magnetism, Response Time
  • Mohammad, Reza Ghazavi, Masoud Soltan Rezaee Pages 163-170
    Rotating machines are one of the kinds of mechanical systems that widely used in industry. The way of connecting axis and vibration of system are among the items that are always discussed in these systems. In the paper, a mechanical rotating system is modeled. In the model, a system consisting of two flexible axes (shafts) with different rotation axis which connected through a cardan joint is investigated via two degrees of freedom model. The stability of the model is analyzed by means of a monodromy matrix technique. The model is verified by comparing the results with the results of the previous researches and different natural frequencies. Then the effects of different system parameters such as axis rotational velocity, cardan angle, shaft's properties (stiffness and damping) on the stability of system are investigated. Also manner and conditions of each parameter on the stability of system are discussed. Finally, the stability charts constructed on various system parameters is presented. It is observed that decreasing shaft stiffness and cardan joint angle due to more stability, while decreasing shaft damping has the opposite effect.
    Keywords: Modeling of Rotating Systems, Cardan Angle, Stability Analysis
  • Seyed Ali Akbar Moosavian, Mojtaba Rahimi Bidgoli, Ali Keymasi Khalaji Pages 171-178
    In this paper, trajectory tracking control of a wheeled mobile robot is analyzed. Wheeled mobile robot is a nonlinear system. This system including three generalized coordinates (x,y,ϕ), and a nonholonomic constraint. First, system kinematic and dynamic equations are obtained. A non-model-based control algorithm using PD-action filtered errors has been used in order to control the wheeled mobile robot. Non-model-based controllers are always more appropriate than model-based algorithms due to independency from dynamic models, lower computational costs and also robustness to uncertainties. Asymptotic stability of the closed loop system for trajectory tracking control of wheeled mobile robot has been investigated using appropriate Lyapunov function and also Barbalat’s lemma method. Finally, in order to show the effectiveness of the proposed approach simulation and experimental results have been presented. Obtained results show that without requiring a priori knowledge of plant dynamics, and with reduced computational burden, the tracking performance of the presented algorithm is quite satisfactory. Therefore, the proposed control algorithm is well suited to most industrial applications where simple efficient algorithms are more appropriate than complicated theoretical ones with massive computational burden.
    Keywords: Wheeled Mobile Robot, Nonholonomic Constraint, Trajectory Tracking, Non, Model, Based Controller, Asymptotic Stability
  • Behzad Ghasemi, Abbas Kasaeipoor, Afrasiab Raisi Pages 179-189
    In this paper, the result of a numerical study on the natural convection in an inclined T shap cavity filled with Water-Cu nanofluid with the presence of a constant magnetic field was investigated. A heat source embedded on the bottom wall of enclosure, the upper wall is cold and the other walls are adiabatic. Discretization of the governing equations are achieved through a finite volume method and solved with SIMPLE algorithm. The Hartmann number has been varied from 0 to 80 and the cavity has been twisted under the angles between 0 to 90 degrees. The findings of study show that the effect magnetic field on the average Nusselt number is higher in high Reyleigh number. In Ra=105, the increase in nanofluid, to the Hartman number 20, contributes to decrease of the average number and in the Hartman number 40 and more, causes the average Nusselt number to increase. In Ra=106, the increase in nanofluid, to the Hartman number 20, contributes to increase of the average number and in the Hartman number 40 and more, causes the average Nusselt number to decrease. The results also indicate that, the maximum heat transfer, in Ra=105 and Ra=106 accurse at 67.5° angle. the minimum heat transfer, in Ra=105 and Ra=106 accurse at 0° and 22.5° angle respectively.
    Keywords: Magnetic field, T shape cavity, Nanofluid, solid volume fraction, Natural convection
  • Abodhamid Gorji, Saharnaz Montazeri, Mohammad Bakhshi Pages 190-198
    Tube bending is used extensively in aerospace, automotive and other industries. Wrinkles in thin-walled tubes, changes in cross section and thickness changes during tube bending are the main problems in this process. Compressive force and internal pressure can be used to better control the bending process. If the bend radius to tube diameter ratio (R/D) in the bending process could be between 1 and 1.5, the bending is not done with conventional methods. Providing a new method that results in preventing both wrinkles and minimum tube wall thickness changes is important. In this paper, tubes producing with closed end. Since tube producing with closed end is difficult, in this study, initially closed end seamless tubes are produced by deep-drawing and ironing processes, thereafter tube bending process with ratio (R/D) equal to one was analyzed using experiments and simulations by hydrobending the new method. The pressure in which the tube takes the shape of the die completely without wrinkles, was obtained after investigating pressure changes. The effects of pressure changes on the thickness distribution of the tube inner radius and outer radius of the bent tube was also examined.
    Keywords: Tube bending, Hydrobending, Finite Element Method
  • Seyed Ali Hashemian, Behnam Moetakef, Imani Pages 199-208
    In a mechanical assembly, errors arising from part manufacturing or assembly process may cause significant variation in final assembly with respect to the ideal model and affect the quality and performance of product. In sheet metal products due to high order of compliancy of components, errors generated during assembly process are as important as parts’ manufacturing tolerances. Therefore, it is crucial to have a comprehensive model in order to analyze the assembly process of these structures and represent the relationship between part tolerances and final assembly errors. However, it should be noted that assembly processes are often complex and nonlinear in nature. In sheet metal structures, the most important factor that makes the assembly process nonlinear is contact interaction between mating parts during assembly. If this factor is disregarded and the assembly process is only represented based on linear force-displacement relationship, the model will result in part penetration and a remarkable difference between theoretical and experimental results will occur. Another important feature in sheet metal tolerance analysis is the surface continuity of components which makes the deformation of the neighboring points of a plate correlated. This paper aims to present a new methodology for tolerance analysis of compliant sheet metal assemblies in which a nonlinear finite element analysis is integrated with improved sensitivity-free probability analysis in order to account for effects of contact interaction and surface continuity of components and calculate the assembly error.The accuracy of this approach is confirmed by anexperimental casestudy and Monte Carlo simulation
    Keywords: Tolerance Analysis of Compliant Sheet Metal Assemblies, Contact Interaction, Surface Continuity, Nonlinear Finite Element Analysis, Improved Sensitivity, free Probability Analysis