فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال چهاردهم شماره 14 (اسفند 1393)
  • سال چهاردهم شماره 14 (اسفند 1393)
  • فوق العاده
  • تاریخ انتشار: 1393/10/05
  • تعداد عناوین: 35
|
  • علی زاهدی، بیژن ملایی داریانی، محمدرضا مروتی صفحات 1-8
    در این تحقیق، شکل پذیری ورق های دو لایه ساخته شده از آلومینیوم 1050 و فولاد کم کربن (12St) در فرایند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای مورد بررسی عددی و تجربی قرار گرفته است. برای بررسی شکل پذیری ورق در این فرایند، مسیر ابزار در نرم افزار آباکوس و ماشین کنترل عددی به گونه ای تعریف شد که به تدریج زاویه دیواره ورق افزایش یابد و با رسیدن به زاویه حد شکل دهی، ورق دچار شکست گردد. با توجه به اعمال موضعی تنش ها از طرف ابزار، فرایند متقارن نبوده و نیاز به شبیه سازی فرایند به صورت سه بعدی می باشد. برای بررسی پارامترهای فرایند، تحلیل فرایند در سه سطح از پارامترهای شعاع ابزار و اندازه گام عمودی صورت گرفت. برای تعیین ارتفاع شکست ورق دو لایه، از منحنی نیروی حاصل از شبیه سازی ها استفاده شد. نتایج حاصل نشان می دهد که کرنش های پلاستیک بیشتری به ورق بیرونی وارد می شوند و از این رو ابتدا ورق لایه بیرونی دچار شکست می شود. همچنین نتایج حاصل نشان داد افزایش شعاع ابزار و اندازه گام عمودی، با اینکه باعث افزایش سرعت فرایند می شوند ولی تاثیر عکس بر روی زاویه حد شکل دهی دارند. برای بررسی تجربی فرایند و اعتبارسنجی نتایج شبیه سازی، آزمایش ها با در نظر گرفتن پارامتر سرعت پیشروی ابزار در سه سطح، طراحی و انجام شد. اختلاف نتایج عددی و تجربی حدود 1/2% در اندازه زاویه حد شکل دهی مشاهده گردید.
    کلیدواژگان: شکل دهی تدریجی تک نقطه ای، ورق دو لایه، شکل پذیری، شبیه سازی عددی، زاویه شکست
  • غلامحسین مجذوبی، احسان خادمی، سمانه پورالعجل صفحات 9-16
    الگوی سخت شوندگی جنبشی شابوش عموما برای بررسی رفتار خمیری مواد در بارگذاری های چرخه ای و یکنوا با نرخ کرنش ایستاسان مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجا که الگوی شابوش مستقل از نرخ کرنش می باشد و ثابت های آن از آزمایش ایستاسان تعیین می گردند، این الگو توانایی پیش بینی رفتار ماده در نرخ کرنش های بالا را از دست می دهد. ازسوی دیگر، رفتار پویای مواد حتی در برخی از بارگذاری های چرخه ای عموما وابسته به نرخ کرنش می باشد. در این تحقیق با انجام آزمایش های ایستا سان و پویا در نرخ کرنش های گوناگون ثابت های الگوی شابوش تعیین و با استفاده از ثابت های به دست آمده اثر نرخ کرنش در الگوی شابوش در نظر گرفته می شود. همچنین، با استفاده از شبکه عصبی ساختگی نمودارهای تنش-کرنش برای نرخ کرنش های گوناگون پیش بینی و با نتیجه های آزمایشی مورد مقایسه قرار می گیرند. نتیجه حاصل از الگوی پیشنهادی با نتیجه های آزمایش و شبکه عصبی همخوانی قابل قبولی را نشان می دهند. دراین مقاله نشان داده می شود که ثابتهای الگوی خمیری شابوش با نرخ کرنش تغییر می کنند و نیز اگر شبکه عصبی به طور صحیح آموزش داده شود از آن می توان برای میانیابی داده های آزمایشی استفاده نمود.
    کلیدواژگان: مدل پلاستیسیته چابوچه، نرخ کرنش، سخت شوندگی سینماتیکی، شبکه عصبی مصنوعی
  • علیرضا هادی، محمد مراد شیخی، مهدی قاسمی صفحات 17-26
    در سال های اخیر مطالعات زیادی در زمینه طراحی و ساخت بازوهای مکانیکی در مقیاس کوچک انجام گرفته است. این بازوها کاربردهای زیادی در صنعت و به خصوص در پزشکی دارند. یک کاربرد عملی این بازوها آندوسکوپی می باشد. در آندوسکوپی علاوه بر کوچک بودن بازو، به قابلیت مانور بالا و چرخش مناسب سر بازو و همچنین انعطاف پذیری بدنه بازو نیاز می باشد تا امکان حرکت آسان آندوسکوپ در محیط پر پیچ و خم روده در مقایسه با نمونه های قدیمی فراهم شود. در این مقاله توسعه یک ماژول پایه ای انعطاف پذیر برای استفاده در این ساختار مدنظر قرار گرفته است. با اتصال سه سیم آلیاژ حافظه دار در زوایای 120 درجه نسبت به هم در اطراف یک فنر فشاری، امکان تغییر زاویه نسبتا بزرگ صفحات ابتدایی و انتهایی فنر با کرنش کم سیم آلیاژ حافظه دار فراهم می شود. در این مقاله مدلی برای تغییر شکل فنر توسعه یافته که با مدل برینسون برای رفتار سیم آلیاژ حافظه دار ترکیب و برای بیان رفتار ماژول استفاده شده است. مدلسازی دینامیکی و شبیه سازی در محیط سیمولینک نرم افزار متلب پیاده سازی و عملکرد ماژول و ابعاد بهینه آن برای کاربرد مورد نظر پیشنهاد گردیده است. با استفاده از نتایج شبیه سازی و تجربی، ابعاد مناسب ماژول برای ایجاد بیشترین چرخش تحت تاثیر سیم آلیاژ حافظه دار پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: فنر فشاری، سیم آلیاژ حافظه دار، مدلسازی دینامیکی
  • محسن قاضی خانی، سید ایمان پیش بین، محمدرضا مدرس رضوی صفحات 27-38
    مشعل کم پیچش روشی موثر را برای افزایش پایداری در احتراق پیش آمیخته رقیق ارائه می دهد. نقش عدد پیچش به عنوان اصلی ترین پارامتر اثرگذار بر عملکرد این مشعل ها در مطالعات متعددی و در شرایط مختلف فشار، سرعت مخلوط، نسبت هم ارزی و مشخصات هندسی متفاوت بررسی شده است. فاصله پیچنده از سر مشعل (فاصله درنگ) یکی دیگر از پارامترهای اصلی در طراحی مشعل های کم پیچش است که تاکنون کمتر مورد توجه بوده است. در این تحقیق با طراحی و ساخت یک مشعل کم پیچش و برپایی یک بستر آزمون و اندازه گیری پارامترهای احتراقی شامل دمای شعله و محصولات احتراق در نقاط مختلف کوره، دبی، فشار و دمای سوخت و هوا و نیز آنالیز محصولات احتراق، اثر تغییر فاصله درنگ در نسبت های هم ارزی مختلف بر توزیع دما و رژیم شعله مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد افزایش فاصله درنگ موجب افزایش میزان برخاستگی شعله و افزایش بازه عملکرد پایدار آن می گردد. همچنین با استفاده از تحلیل اگزرژی عملکرد این مشعل ها مورد تحلیل قرار گرفته و نتایج نشان می دهد احتراق پیش آمیخته کم پیچش علی رغم کارکرد در شرایط رقیق، در حدود 17 درصد بازگشت ناپذیری کمتری نسبت به احتراق دیفیوژن داشته و از دیدگاه قانون دوم ترمودینامیک عملکرد مطلوبی دارد. همچنین انتقال حرارت به بدنه محفظه احتراق در حالت شعله برخاسته نسبت به شعله چسبیده حدود 14 درصد بیشتر است.
    کلیدواژگان: توزیع دما، تحلیل اگزرژی، بازگشت ناپذیری، فاصله درنگ، پیچنده
  • مهدی بامداد، آرمان مردانی صفحات 39-49
    این مقاله روی یک دسته از بازوان ربات پیوسته که از کابل برای محرکه استفاده می کند، تمرکز دارد. به منظور تحقق بخشیدن به حرکات طبیعی تر و متنوع شبیه عضلات در اسکلت انسان، بازوان محرک با تاندون مطالعه شده است. طراحی ساختار این رباتها شامل مهره ها و عضلات اضافی، چالش برانگیز است. یک مطالعه جامع شامل تحلیل نظری طراحی مکانیکی، سینماتیک، دینامیک و کنترل ردیابی ربات صفحه ای پیوسته مهره ای مطالعه ارائه میشود. معادله لاگرانژ برای مساله دینامیک به کار گرفته شده و با استفاده از روش گشتاور محاسبه شده همراه با تاخیر زمانی کنترل میشود. در این مقاله، محدودیت های اساسی مساله دینامیک برای شرایط مختلف بارگذاری بررسی شده و رفتار جامع بر اساس محدودیت حرکت فرموله می شود. برای مثال نیروی کابلها با درنظر گرفتن تنش تسلیم محاسبه می شوند. به علاوه اثرات پیکربندی کابل ها با مقایسه عملکرد مدلها مورد بررسی قرار می گیرد. در این ضمن، پارامترهای هندسی اثر مهمی روی مهارت حرکت دارد. تحلیل روی دو ساختار اصلی ربات، با در نظر گرفتن بدنه پیوسته قابل تغییر شکل و مقید هندسی صورت می پذیرد. نتایج شبیه سازی اثر بخشی طرح پیشنهادی و کنترلر را نشان می دهد. با این وجود، زمینه رباتهای پیوسته و با درجات آزادی اضافی همچنین در هر حوزه تجربی نویدبخش است.
    کلیدواژگان: ربات های پیوسته، محرک کابل، مهره، هندسه
  • حامد حسن پور، امیر راستی، محمدحسین صادقی، محمدحسین سعادتبخش، احمدرضا امیددودمان صفحات 50-60
    فولاد سخت کاری شده 4340 به خاطر ویژگی های خاص خود، کاربرد زیادی در صنعت دارد. ماشینکاری این فولاد پس از انجام عملیات حرارتی سختکاری، میتواند باعث افزایش تولیدپذیری، کاهش هزینه تولید و بهبود خواص قطعه کار شود. زبری سطح نهایی در فرآیند ماشینکاری، نقش مهمی را بر عملکرد قطعه ایفا کرده و مهم ترین شاخصه سطح ماشینکاری شده می باشد. یکی از عوامل موثر بر سلامت سطح، استفاده از سیال برشی در ماشینکاری است که علاوه بر جنبه های مثبت آن، دارای مشکلات زیست محیطی بوده و برای سلامت اپراتور خطرناک است. درنتیجه استفاده از روان کاری با حداقل سیال برشی به عنوان یک روش جایگزین مورد توجه می باشد. در این پژوهش، رابطه بین پارامترهای فرزکاری و کیفیت سطح قطعه نهایی در فرزکاری فولاد سخت کاری شده 4340 و در حضور سیستم های مختلف روانکاری شامل حالت خشک، تر و حداقل روانکار بررسی گردیده است. پارامترهای سرعت برشی، نرخ پیشروی و عمق برش محوری و شعاعی، به عنوان پارامترهای اصلی فرآیند فرزکاری درنظرگرفته شده اند. روش طراحی آزمایش رویه پاسخ نیز برای بررسی اثر پارامتر ها بر روی زبری سطح، مورداستفاده قرارگرفت و در مجموع 90 آزمایش انجام شده است. نتایج نشان داد که از بین پارامترهای برشی، به ترتیب نرخ پیشروی و سرعت برشی بیشترین تاثیر را بر روی زبری سطح داشته و زبری سطح با افزایش سرعت برشی و کاهش پیشروی کمتر شد. همچنین روانکاری با حداقل سیال برشی در مقایسه با دیگر روش ها بهترین عملکرد را از خود نشان داد و اثر آن در سرعت های برشی و عمق برشی بالا مشهودتر است.
    کلیدواژگان: فرزکاری، فولاد سخت کاری شده 4340، روش حداقل سیال برشی، زبری سطح
  • انوشیروان فرشیدیان فر، امین ثقفی صفحات 61-68
    مطالعه دقیق و بررسی های تجربی از پاسخ دینامیکی سیستم چرخدنده، بروز پدیده های غیرخطی دوشاخه شدگی و آشوب را در برخی از پارامترهای سیستم، نشان داده است. رفتار آشوبناک به صورت رفتار غیرعادی و پیش بینی ناپذیر در پاسخ سیستم شناخته شده که همواره به عنوان یک پدیده نامطلوب در ارتعاشات سیستم چرخدنده ای مطرح شده است. لذا در طراحی یک سیستم چرخدنده ای آرام و بهینه،کنترل و یا حذف این رفتارها حائز اهمیت می باشد. هدف این پژوهش، طراحی و بررسی یک سیستم چرخدنده ای به منظور کنترل و تعدیل رفتار آشوبناک سیستم می باشد. یک مدل دینامیکی از سیستم غیرخطی چرخدنده ای با درنظر گرفتن برخی از پارامترهای موثر در ارتعاشات سیستم از قبیل خطای انتقال استاتیکی و لقی دندانه های درگیر، استخراج می گردد. ایده اصلاح و یا حذف رفتار آشوبی از طریق اعمال و کنترل یک نیروی تحریک بر چرخدنده راننده، محقق می شود. فضای پارامتری مجاز برای انتخاب نیروی کنترلی مورد نظر بر اساس آنالیز تحلیلی ملنیکوف تعیین می گردد. به منظور بررسی صحت نتایج تحلیلی و همچنین ارزیابی عملکرد سیستم کنترلی مطرح شده در مهار و حذف آشوب در ارتعاشات چرخدنده، شبیه سازی عددی سیستم شامل نمودارهای دوشاخه-شدگی، پاسخ زمانی و همچنین نمودار صفحه- فاز سیستم، ارائه می شوند.
    کلیدواژگان: ارتعاشات غیرخطی، چرخدنده، کنترل آشوب
  • محمدحسین صبور، مهدی فکور، نبی مهری خوانساری صفحات 69-78
    فرآیند شکست قطعات اورتوتروپیک، عموما با پیدایش ناحیه ای تحت عنوان ناحیه آسیب(ناحیه فرآوری شکست)در نوک ترک همراه است. تعیین خواص مکانیکی این ناحیه، می تواند به پیش بینی میزان و یا حتی جهت رشد ترک موجود در قطعات اورتوتروپیک کمک کند. این ناحیه شامل انبوهی از میکروترک ها است که به دلایل متعدد، تحلیل و بررسی فرآیند شکست در این گونه مواد را بسیار دشوار کرده است و از طرفی باعث نوعی مقاومت در ناحیه آسیب می شود که این عامل نیز می تواند در بهبود خواص شکست ماده تاثیر گذار باشد. تاکنون مدل هایی به منظور تعیین خواص مکانیکی این ناحیه ارائه شده است اما به دلیل پیچیدگی های بسیار زیاد این ناحیه، نتایج حاصله به درستی مبین رفتار این ناحیه نبوده است. ضمنا مدل های موجود با روش های نوین تجربی و عددی مقایسه و صحت سنجی نشده است. درتحقیق حاضر مدلی جدید بر مبنای نتایج تجربی و عددی به منظور بررسی خواص مکانیکی ناحیه آسیب در مواد اورتوتروپیک ارائه شده است. این مدل برخلاف مدل های پیشین می تواند با ارائه یک بازه برای مدول الاستیسیته، خواص مکانیکی این ناحیه را برای حالت وجود یا عدم وجود برهم کنش بین میکروترک ها تخمین بزند. همچنین به منظور کارایی بیشتر مدل ارائه شده، این مدل با روش های تجربی و عددی مقایسه و صحت سنجی شد.
    کلیدواژگان: خواص مکانیکی، ناحیه آسیب، مواد اورتوتروپیک، میکروترک
  • امیررضا شاهانی، سید مجید پورحسینی، حمید شوشتر صفحات 79-88
    قطعات انحنادار جدارنازک در بسیاری از کاربردهای صنعتی از جمله صنایع هوایی بطور گسترده به کار می روند. بطور خاص در ساخت اجزاء مختلف پره روتور بالگرد از تعداد قابل توجهی از این قطعات استفاده می گردد. با گسترش روزافزون کاربرد مکانیک شکست جهت تخمین عمر باقی مانده سازه ها لازم است که خواص مکانیک شکست این قطعات تعیین شود. به علت ضخامت پایین و انحناء موجود در این اجزاء، استفاده از روش های استاندارد آزمایش مکانیک شکست برای آن ها میسر نمی باشد. بنابراین نیاز به ابداع و توسعه روش های جدید آزمایش در این قطعات احساس می گردد. تلاش های گسترده ای از سوی محققین مختلف به منظور غلبه بر این مشکل انجام شده است که منجر به پیدایش تئوری شکست ورق های انحنادار، توسعه و طراحی روش های جدید برای آزمایش شکست نمونه های غیر استاندارد و تکمیل روش های تجربی مرسوم مانند روش آزمایش انفجاری گردیده است. در مقاله مروری حاضر، ابتدا تئوری ورق های انحنادار به منظور مرتبط ساختن رفتار نمونه های انحنادار با نمونه های تخت بیان گردیده و بر اساس آن، روش متداول آزمایش انفجاری (BT) که برای آزمایش شکست قطعات انحنادار بسته بکار می رود، معرفی می شود. سپس مروری بر روش های جدید آزمایش با استفاده از نمونه های غیراستاندارد شامل آزمایش نمونه فشرده کششی خمیده (CCT)، کشش بارگذاری پینی (PLT)، خمش سه نقطه (TPB)، کشش نمونه حلقوی با دو شیار لبه ای(DENT)، آزمایش قالب داخلی مخروطی (ICM) و آزمایش نمونه ایکس شکل انجام شده و در پایان نیز مقایسه ای بین روش های مذکور صورت می گیرد.
    کلیدواژگان: قطعات انحنادار جدارنازک، آزمایش مکانیک شکست، نمونه غیر استاندارد
  • مهدی رضایی، مقداد بابایی صفحات 89-96
    سکوی استوارت به عنوان سکویی که توانایی اعمال سه درجه آزادی حرکت انتقالی و سه درجه آزادی حرکت دورانی دارد، دارای دو صفحه پایینی (پایه) و بالایی (متحرک) می باشد و می تواند برای جداسازی رفتار بخش متحرک و محموله روی آن از حرکات وارده به سکوی پایین مورد استفاده قرار گیرد. این مقاله به بررسی تجربی امکان استفاده از سکوی استوارت به عنوان یک سکوی شش درجه آزادی به منظور جداسازی فعال ارتعاشات می پردازد. حذف ارتعاشات دامنه بالا که معمولا فرکانس پائینی دارند با روش های غیرفعال ممکن نیست و لازم است که از روش فعال برای حذف آنها بهره جست. در این تحقیق، یک سکوی استوارت بر مبنای عملگرهای دورانی الکتریکی (سروو موتورها) ساخته شد و برای جداسازی صفحه فوقانی از حرکات صفحه زیرین مورد استفاده قرار گرفت. حرکات با دو درجه آزادی شامل دو دوران متعامد غلت و فراز به صفحه زیرین اعمال گردید و نشان داده شد که با طراحی کنترل کننده های مناسب بر مبنای سینماتیک سکوی استوارت می توان از انتقال این حرکات به صفحه فوقانی جلوگیری نمود. برای تخمین دو زاویه دورانی، از سنسورهای ممز، شامل دو عدد شتاب سنج و یک عدد ژیروسکوپ سرعت زاویه ای استفاده گردید. این سنسورها زوایای مورد نظر را با استفاده از فیلتر کالمان تخمین می زدند. نتایج آزمایشات عملی نشان داد که وقتی حرکات صفحه پائینی در محدوده سرعت کاری سروو موتورها قرار داشته باشند، سکوی استوارت قادر است دو دوران متعامد غلت و فراز را به خوبی حذف کرده و وضعیت صفحه فوقانی را در حالت افقی تثبیت نماید.
    کلیدواژگان: سکوی استوارت، ایزولاسیون فعال ارتعاشات، سنسورهای MEMS، فیلتر کالمان
  • مجید الیاسی، حامد آقاجانی درازکلا، مرتضی حسین زاده صفحات 97-107
    فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به واسطه مزایای بسیار زیادی مانند جوشکاری فلزات جوش ناپذیر گسترش یافته است. در این پژوهش فولاد A441 AISI و آلومینیوم AA1100 با روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی به یکدیگر جوش داده شدند. جهت بررسی ریز ساختار محل اتصال از میکروسکوپ نوری، آنالیزهای پراش اشعه ایکس (XRD)، پراش انرژی اشعه ایکس (EDS) و سختی محل اتصال از میکروسختی سنج ویکرز استفاده شد. نتایج حاصل از بررسی های محل اتصال توسط میکروسکوپ نوری نشان داد که علاوه بر منطقه اغتشاش، در سمت فلز پایه ی فولادی تنها ناحیه متاثر از حرارت وجود دارد و در سمت فلز پایه آلومینیومی منطقه متاثر از حرارت و کار مکانیکی و نیز منطقه متاثر از حرارت وجود دارد. در اثر تولید حرارت در منطقه اغتشاش دانه های ریز فریتی و پرلیتی در کنار دانه بندی های بسیار ریز آلومینیومی شکل گرفته است. ذرات کروی Mg2Al3 نیز در محل اتصال به همراه ترکیبات فریتی و پرلیتی شکل گرفتند. این ذرات در بین مرز دانه های آلومینیوم تشکیل شدند و به علت اختلاف ضریب انقباض این ذرات با فلز پایه آلومینیومی، در هنگام انجماد سبب ایجاد ترک در محل اغتشاش شدند. ریزدانگی آلومینیوم، ترکیبات بین فلزی و تبلور مجدد دینامیکی فولاد سبب شد تا سختی محل اتصال از دیگر مناطق جوش بالاتر باشد.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، ریزساختار محل اتصال، سختی محل اتصال، فولاد A441 AISI، آلومینیوم AA1100
  • رحمت الله قاجار، صفا پیمان، علی شقاقی مقدم صفحات 108-116
    ضرایب شدت تنش دینامیکی از پارامترهای مهم برای بررسی، شناخت و پیش بینی رفتار دینامیکی شکست در اجسام دارای ترک می باشند. در این مقاله، روش انتگرال تعاملی برای محاسبه ضرایب شدت تنش دینامیکی مواد تابعی با ترک سه بعدی به کار گرفته می شود. با تعریف مناسبی از میدان های کمکی جابجایی، کرنش و تنش، انتگرال تعامل بدون هرگونه وابستگی به مشتق گیری از تغییرات خواص مواد مزبور، به دست می آید. حل عددی با در نظر گرفتن تغییرات پیوسته ضریب ارتجاعی ماده و با استفاده از روش اجزای محدود انجام می گیرد. اعتبار سنجی روش مورد استفاده با حل مساله های همگن و تابعی با ترک مرکزی، بیضوی و لبه ای تحت اثر بارهای استاتیکی و دینامیکی انجام می شود. در ادامه با در نظر گرفتن تغییرات خواص مواد به صورت نمایی در دو جهت داخل و عمود بر صفحه ترک، اثرات گرادیان ضریب الاستیسیته بر ضرایب شدت تنش استاتیکی و دینامیکی مواد تابعی مورد بررسی قرار می گیرد. نشان داده می شود، که تغییر خواص ماده همواره موجب کاهش قابل توجه ضریب شدت تنش دینامیکی جسم تابعی نسبت به ماده همگن می گردد. در حالی که مشخص می گردد، با توجه به راستای تغییر خواص ماده، ضریب شدت تنش استاتیکی جسم تابعی نسبت به ماده همگن ممکن است افزایش یا کاهش یابد.
    کلیدواژگان: ضرایب شدت تنش دینامیکی، روش انتگرال تعامل، مواد تابعی، روش اجزای محدود
  • مهدی سلیمانی، محمود حمیدی زاده، سیروس سیاحی، حسن مرادزاده، محسن رحمانی صفحات 117-124
    طراحی کنترل کننده میز شبیه ساز زلزله به منظور شبیه سازی و تعقیب پروفیل زلزله از موضوعات اساسی در طراحی یک میز لرزه است. در این مقاله کنترل یک میز لرزه در ابعاد آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. جهت اندازه گیری جابجایی میز به صورت بلادرنگ، سیستمی مبتنی بر پردازش تصویر ارائه شده است. میز لرزه توسط یک کنترل کننده ی PI همراه با یک کنترل کننده ی فازی ناظر کنترل می شود. کنترل کننده ی فازی به منظور کمینه کردن خطا، از دو بازخورد جابجایی و شتاب استفاده می-کند. برای این منظور، یک دوربین و یک برنامه ی پردازش تصویر جهت اندازه گیری مستقیم و بلادرنگ جابجایی به کار گرفته شده است. نتایج نیز به عنوان بازخورد کنترل-کننده از طریق شبکه به کامپیوتر مرکزی انتقال داده می شود. کارایی سیستم پیشنهادی در مقایسه با سیستمی که از انکودر خطی به عنوان سنسور جابجایی و بازخورد کنترل کننده بهره می گیرد، مورد ارزیابی قرار گرفته است. بنابر نتایج بدست آمده سیستم کنترلی پیاده سازی شده با حالت کنترل کننده فازی تناسبی-انتگرال گیر توانسته است خطای کنترلی را کاهش دهد. همچنین به کار گیری رویکرد پردازش تصویر به منظور اندازه گیری جابجایی میز لرزه، مزایایی از جمله دقت مطلوب، عدم نیاز به تماس مستقیم با میز، اندازه گیری به صورت مستقیم و بلادرنگ و قیمت پایین را به ارمغان می آورد.
    کلیدواژگان: کنترل کننده ی فازی ناظر، میز لرزه، پردازش تصویر، اندازه گیری جابجایی
  • مجتبی یزدانی، علی راشد صفحات 125-136
    در این مقاله رفتار زره سرامیکی چند لایه و زره ترکیبی سرامیک با صفحه پشتیبان شکل پذیر در برابر پرتابه ضد زره روکش دار «ای پی ام 2» به روش عددی مورد بررسی قرار گرفته است. زره های ترکیبی بر طبق کلاس حفاظتی «بی آر 7» باید توانایی مقابله در برابر مهمات ضد زره با کالیبر 62/7 میلی متر با سرعت حدود830 متر بر ثانیه را داشته باشند. نتایج حاکی از آن است که سرامیک برخلاف فولاد (هرچند با مقاومت بسیار بالا)، امکان ایجاد نفوذ و خرابی اولیه توسط روکش برنجی و فیلر سربی را نمی دهد و با شکست روکش گلوله و سایش هسته، زره سرامیکی مقاومت بالاتری را نسبت به زره فولادی با جرم مشابه نشان می دهد. با مقایسه زره های سرامیکی این نتیجه حاصل شد که زره سرامیکی با صفحه پشتیبان شکل پذیر علاوه بر داشتن خواص فوق، توانایی ضبط روکش گلوله را نیز داراست؛ خاصیتی که در زره چند لایه سرامیکی بدون صفحه پشتیبان دیده نمی شود. صفحه پشتیبان شکل پذیر سرامیک امکان کاهش 9 برابری سرعت پسماند گلوله را نسبت به زره سرامیکی چند لایه و کاهش 19 برابری را نسبت به زره سخت فولادی به ازای جرم مشابه نشان می دهد. نکته دیگر مورد بحث در این پژوهش، مقدار جرم موثر سرامیک می باشد که در برابر گلوله مقاومت می کند. هر چه این جرم بیشتر باشد مقاومت بالستیک زره سرامیکی بیشتر خواهد بود.
    کلیدواژگان: نفوذ پرتابه سرعت بالا، زره چند لایه سرامیکی، شکست مخروطی، پرتابه ضد زره ای پی ام 2، زره سرامیکی با صفحه پشتیبان شکل پذیر
  • سعید شیری، مجتبی یزدانی، محمد پورگل محمد صفحات 137-142
    در حال حاضر از مواد مرکب در کاربردهای مختلفی استفاده می شود. برخی از این کاربردها شامل اجزای در معرض بارگذاری چرخه ای هستند. پدیده ی خستگی، مکانیزم اصلی خرابی حاکم بر سازه های تحت این نوع بارگذاری است. بنابراین، پیش بینی مناسب عمر خستگی این مواد در طراحی ایمن سازه ها، نگهداری، تعمیر و جایگزینی قطعات بسیار اهمیت دارد. تعداد به نسبت زیادی از مدل های موجود در این زمینه به کاهش خواص ماده در طی آسیب خستگی نظیر سفتی یا استحکام توجه نکرده اند. در این مقاله، در ابتدا آسیب خستگی مواد مرکب با استفاده از یک مدل سفتی پسماند بررسی می گردد. در این راستا از دو مجموعه داده ی تجربی استفاده می شود. یک مدل استحکام پسماند با مدل مدنظر ترکیب شده و بر اساس آن یک مدل اصلاح شده ارائه می گردد. سپس، عمر خستگی باقیمانده ی مواد مرکب پلیمری تقویت شده با الیاف تحت بارگذاری دو مرحله ای برای سه گروه از داده های تجربی پیش بینی می شود. نتایج حاصل نشان می دهند که مدل ارائه شده دقت مناسبی در تخمین عمر باقیمانده دارد. همچنین، مقایسه ای بین نتایج تجربی و برخی از مدل های موجود با پیش بینی های این مطالعه انجام شده تا مدل پیشنهادی بهتر ارزیابی شود. این مقایسه نشان می دهد که نتایج مطالعه ی حاضر نسبت به دیگر مدل ها در بیشتر موارد اختلاف کمتری با مقادیر تجربی دارد.
    کلیدواژگان: کاهش سفتی، استحکام پسماند، آسیب مواد مرکب، پیش بینی عمر خستگی، بارگذاری با دامنه ی متغیر
  • امین سید نصرتی، کارن ابری نیا، قادر فرجی صفحات 143-147
    در این مقاله، یک روش اکستروژن مستقیم جدید برای تولید لوله های با قطر بزرگ ارائه می شود. در شروع این فرایند جدید، یک بیلت استوانه ای شکل در داخل کانتینر قرار می گیرد و سپس به درون یک قالب اولیه با سه سوراخ لوبیایی شکل اکسترود می شود. سپس مواد وارد یک قالب دیگر با سطوح واگرا و همگرا می شود که به منظور جوش خوردن مواد و کاهش ضخامت لوله طراحی شده است. رفتار جریان مواد، کرنش اعمال شده و نیروی مورد نیاز فرایند با استفاده از شبیه سازی اجزا محدود پیش بینی می شود. نتایج نشان داد که فرایند اکستروژن جدید سه مزیت مهم در مقایسه با روش سنتی دارد که عبارتند از: نیروی فرایند کمتر، استفاده از کانتینر با قطر کوچکتر و اعمال کرنش پلاستیک شدید.
    کلیدواژگان: لوله، اکستروژن، آزمایش تجربی، اجزا محدود
  • عبدالحمید عزیزی، محمد ابراهیم اعلمی آل آقا، حمید مرادی صفحات 148-154
    در بررسی روش های جوشکاری و اتصال قطعات به یکدیگر روش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یکی از روش های نوینی می باشد که در جوشکاری قطعات آلومینیومی به عنوانی روشی اقتصادی و باکیفیت مطرح می گردد. در مقاله حاضر سعی شده است تا با معرفی این روش به بررسی تاثیر پارامترهای گوناگون بر روی خواص حرارتی، ریزساختاری و مکانیکی اتصالات آلومینیوم آلیاژ سری 7000 پرداخته شود. نتایج بدست آمده از این آزمایش نشان می دهد که اندازه دانه ها در ناحیه ناگت در حدود 5 تا 12 میکرومتر است و کمترین اندازه دانه در ناحیه ناگت تشکیل می شود. به کمک مدل حرارتی ارائه شده و انجام آزمایشهای تجربی می توان به تخمینی از میزان انرژی تلف شده در حین فرایند و تاثیر پارامترهای مختلف جوشکاری روی این میزان انرژی دست پیدا کرد. دمای مناسب در نزدیک ترین فاصله به شانه ی ابزار، برای پیکربندی استفاده شده در تحقیق در هنگام شروع به جوش کاری و نیز هنگام جوش 330 درجه سانتی گراد است که به عنوان معیاری برای کنترل جوش از آن استفاده می شود. همچنین ابزار استوانه ای با پین سطح صاف در بهترین وضیعت قادر به ایجاد جوشی با استحکامی حدود 80 درصد فلز پایه می باشد و عیوب ناشی از انتخاب پارامترهای مختلف به شدت بر روی کیفیت جوش تاثیر گذار است.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، خواص متالوژیکی، آلیاژ آلومینیوم، خواص مکانیکی
  • موسی رضایی، رضا فتحی، آرش محمد علیزاده فرد صفحات 155-166
    نیروهای مضر ایجاد شده در اثر نابالانسی باعث ایجاد ارتعاشات ناخواسته، سر و صدا و کاهش عمر سیستم می شوند. یکی از روش های جدید و کارآمد مورد استفاده برای رفع نابالانسی در سیستم های دوار استفاده از بالانسر دینامیکی اتوماتیک ساچمه ای است. بالانسر ساچمه ای نوعی از بالانسرهای غیرفعال است که عملیات بالانس روتور را بدون نیاز به سیستم کنترل انجام می دهد. با توجه به اینکه این نوع بالانسر عمدتا در سیستم هایی به کار می رود که نابالانسی بسته به شرایط کاری تغییر می کند و ممکن است در طول یک روز چند بار سیستم روشن و خاموش شود بنابراین کاهش زمان مورد نیاز برای بالانس سیستم در هر بار راه اندازی آن اهمیت پیدا می کند. در عمل به دلایل مختلفی از جمله عدم نصب روتور در وسط شفت، اثر ژیروسکوپی در سیستم دوار ایجاد می شود. تاکنون تحقیقی در زمینه تعیین محدوده بهینه پارامترهای سیستم از جمله ضریب میرایی و جرم ساچمه ها در عملکرد سیستم در حضور اثر ژیروسکوپی انجام نشده است. بدین منظور، در این مقاله تاثیر پارامتر های ضریب میرایی و جرم ساچمه های اتوبالانسر در حضور اثر ژیروسکوپی بر پایداری سیستم مورد مطالعه قرار گرفته و در ادامه با استفاده از الگوریتم سیمپلکس نلدر- مید، مقدار بهینه این پارامترها بر اساس کمینه سازی زمان بالانس و صفر شدن زوایای اویلر تعیین شده است.
    کلیدواژگان: بالانسر اتوماتیک ساچمه ای، پایداری، زوایای اویلر، اثر ژیروسکوپی، الگوریتم سیمپلکس نلدر، مید
  • رضا حسن نژاد قدیم، آرش خاصه تراش صفحات 167-176
    در سال های اخیر، فراهم نمودن مدلی برای بررسی ارتعاشات بدن در هنگام دویدن و همچنین ارائه روشی برای شبیه سازی عملکرد سیستم عصبی مرکزی انسان در تنظیم عملکرد عضلات به منظور طراحی کفش ورزشی قبل و بعد از خستگی، موضوع مقالات بسیاری بوده است. در تحقیق حاضر، مدل چهار درجه آزادی بدن انسان به همراه تابع هدف سیستم عصبی مرکزی در قالب یک مسئله بهینه سازی با قیدهای قبل و بعد از خستگی در نظر گرفته شد. ابتدا نشان داده شد که روش بهینه سازی استفاده شده در ادبیات فن برای این نوع مسئله بهینه سازی به نتایج غیردقیق می انجامد. سپس برای یافتن جواب های دقیق تر، مسئله مذکور با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات، بهینه سازی گردید. مقایسه نتایج حاصل از این تحقیق، با ادبیات فن، نشان داد که روش پیشنهادی، سازگاری بیشتری با نتایج تجربی دارد. نتایج شبیه سازی حاکی از آن بود که با افزایش زمان دویدن و به دنبال آن افزایش خستگی، محدوده مناسب پارامترهای ارتعاشی کفش ورزشی، به شدت کاهش می یابد. همچنین دامنه ارتعاشی بافت نرم عضلانی پایین تنه به طرز چشمگیری افزایش می یابد. علاوه بر این، با استفاده از الگوریتم پیشنهادی، به صورت پارامتریک، اثرات تغییر در توزیع جرم و همچنین سرعت های تماسی، بر محدوده مناسب پارامتر های ارتعاشی کفش ورزشی قبل و بعد از خستگی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج، وابستگی شدید این محدوده به توزیع جرم پایین تنه و سرعت های تماسی پایین تنه را نشان داد. نتایج این تحقیق می تواند در طراحی کفش های ورزشی، به ویژه کفش دوندگان و رشته های مشابه، جهت بهبود عملکرد ورزشکاران مفید فایده واقع شود.
    کلیدواژگان: دویدن، خستگی، تنظیم ماهیچه، توزیع جرم، الگوریتم اجتماع ذرات
  • سعید کلانتری، محمد فدایی صفحات 177-184
    در این مقاله، یک روش تحلیلی برای بررسی کمانش خطی سازه های تقویت شده با شبکه منظم متساوی الاضلاع ارائه شده است. پوسته مشبک تحت بار محوری قرار دارد. شرط مرزی پوسته در دو طرف، تکیه گاه ساده می باشد. معادلات تعادل سازه با استفاده از تئوری کلاسیک پوسته ها و شبکه منظم بر مبنای یک روش معادل سازی جدید ارائه شده است. ماتریس سفتی کل پوسته، از جمع ماتریس سفتی پوسته و ماتریس سفتی تقویت کننده ها با نسبت حجمی ها مشخص، استخراج می گردد. در این تحلیل، با استفاده از روش انرژی، معادلات تعادل پوسته مشبک با استفاده از فرضیات تئوری پوسته فلوگه بدست آمده است. برای حل مسئله، از روش تحلیلی ناویر استفاده شده است. به منظور اعتبار سنجی و صحه گذاری بر نتایج، از یک مدل سه بعدی المان محدود ایجاد شده در نرم افزار انسیس استفاده شده است. نتایج حاکی از دقت بالای روش حاضر در قیاس با دیگر روش ها است. در پایان، تاثیر هر یک از پارامترهای هندسی بر روی بار بحرانی کمانش استوانه مشبک بررسی شده است. روش حاضر می تواند به عنوان یک مدل دقیق و پایدار، توسط طراحان و مهندسان مورد استفاده قرار گیرد که منجر به بالا رفتن کیفیت طراحی آنها خواهد شد.
    کلیدواژگان: ناپایداری پوسته های استوانه ای، تئوری پوسته های نازک فلوگه، پوسته استوانه مشبک، بار محوری، مدل المان محدود
  • محمد صدیقی، محمد ریاحی، علی عسگری صفحات 185-189
    یکی از روش های مرسوم جهت نمونه سازی سریع، استفاده از روش شکل دهی تدریجی می باشد. از این میان، فرایند شکل دهی تدریجی ضربه ای، در چند سال اخیر توسعه یافته است. در این روش، با حرکت فرکانسی یک پانچ ضربه زننده روی یک ورق کلمپ شده، یک قطعه سه بعدی بدون استفاده از قالب خاص تولید شده است. در این مقاله، تاثیر پارامترهای ابزار بر شکل پذیری ورق آلومینیم 1100 در فرایند شکل دهی تدریجی ضربه ای مورد مطالعه قرار می گیرد. جهت بررسی این موضوع، ابتدا ورق مورد نظر از طرفین کلمپ می گردد. سپس با در نظر گرفتن زاویه مخروط، ضربات پانچ با قطر و فرکانس معین اعمال می گردد تا مخروط در ارتفاع مشخصی دچار شکست شود. در نهایت با ثبت مقادیر ارتفاع و زاویه مربوطه، وابستگی آن به قطر پانچ و فرکانس ضربه مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرد. با بررسی نتایج مشخص گردید که با کاهش قطر پانچ، کرنش ماکزیمم در راستای ضخامت در ارتفاع بیشتری از مخروط اتفاق می افتد. همچنین با افزایش قطر پانچ، میزان شکل پذیری ورق آلومینیم 1100 زیاد شده و با کاهش فرکانس ضربه نیز میزان شکل پذیری ورق افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: شکل دهی تدریجی، آلومینیم 1100، قطر، فرکانس، شکل پذیری
  • مسعود ضیایی راد، عباس کسایی پور صفحات 190-198
    این مقاله به حل تشابهی لایه مرزی برای جریان جابجایی ترکیبی نانوسیال آب- مس عبوری از روی یک صفحه تخت افقی به صورت عددی پرداخته است. معادلات دیفرانسیل جزئی حاکم با بکارگیری متغیرهای تشابهی مناسب به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده و همزمان با روابط تغییر خواص نانوسیال به کمک روش اختلاف محدود کلرباکس حل شده اند. تاثیر تغییر در دمای سطح، کسر حجمی نانوذره و پارامتر جابجایی ترکیبی بر ضریب اصطکاک در جریان، عدد نوسلت و پروفیل سرعت و دما بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که عدد نوسلت جریان با افزایش کسرحجمی نانوذرات و پارامتر جابجایی ترکیبی افزایش می یابد، بطوریکه پارامتر معرف عدد نوسلت جریان برای نانوسیال آب- مس با کسر حجمی 4 درصدی نسبت به سیال خالص درحدود 10% افزایش داشته است. از طرفی پارامتر ضریب اصطکاک نیز در همین محدوده، در حدود 20% افزایش یافته است. با این وجود در مقادیر پائین تر پارامتر جابجائی ترکیبی، تاثیر حضور نانوذرات بر افزایش ضریب اصطکاک بیشتر خواهد شد. اثر دمای سطح نیز بر افزایش عدد نوسلت و کاهش ضریب اصطکاک، در کسر حجمی نانوذرات بالاتر و پارامتر جابجائی ترکیبی بالاتر، محسوس تر است. همچنین با افزایش دمای سطح، دمای نانوسیال در هر فاصله ای از سطح کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: جریان لایه مرزی، جابجایی ترکیبی، حل عددی تشابهی، نانوسیال، صفحه افقی
  • احسان ذاکری، سعید فراهت صفحات 199-210
    در این تحقیق ایجاد مسیر امن و هموار که دارای کمترین میزان تهدید به خطر است برای وسایل نقلیه زیر سطحی در نظر گرفته شده است. برای این منظور توابع هموار و پیوسته ی سه گانه ای با ماهیت سینوسی تعریف شده اند که نشان دهنده مسیر در فضای سه بعدی هستند و سپس پارامترهای این توابع با استفاده از روش بهینه سازی تجمع ذرات، جهت ایجاد مسیر امن بدست آورده شده است. برای هر نقطه از محیط، مقداری به عنوان خطر در آن نقطه در نظر گرفته شده است. تابع هدف جهت بهینه سازی، انتگرال مقدار خطر بر روی مسیر تولید شده می باشد. مسیر تولید شده با روشی به سیگنال های مطلوب جهت کنترل وسیله تبدیل شده است، همچنین وسیله نقلیه زیر سطحی با آرایش جدیدی از پیشران ها مدل گردیده است، سپس با طراحی کنترل کننده فازی چند ورودی چند خروجی، وسیله نقلیه در مسیر تولید شده کنترل شده است. از آنجایی که برای طراحی این کنترل کننده از پارامترهای سیستم دینامیکی وسیله نقلیه استفاده نشده است، نسبت به نامعینی های سیستم مقاوم است. در آخر سه محیط با پیچیدگی های متفاوت جهت نشان دادن عملکرد فرآیند تولید مسیر در نظر گرفته شده است که نتایج بدست آمده نشان دهنده عملکرد مطلوب این روش جهت ایجاد مسیر امن و هموار برای محیط های دارای خطر و همچنین طراحی کنترل کننده مناسب می باشد.
    کلیدواژگان: وسیله نقلیه زیرسطحی، تولید مسیر هموار و امن، روش بهینه سازی تجمع ذرات، کنترل کننده فازی
  • ناصر توسلی، ابوالفضل درویزه، منصور درویزه، علیرضا ثابت صفحات 211-216
    در مقاله حاضر، مدل تجربی- تحلیلی جذب انرژی پروفیل کامپوزیتی کلاهی شکل تحت نیروی عرضی با سرعت پایین در سه شرایط مختلف تکیه گاهی ارائه گردید. این پروفیل ها با استفاده از 4 لایه الیاف شیشه/پلی استر تک جهته به طول 1 متر و ضخامت کل 3 میلیمتر به روش لایه چینی ساخته شده است. در تحقیق حاضر مشخص شد مدل تحلیلی ارائه شده تطابق خوبی با نتایج تجربی دارد. بیشترین انطباق در کل شرایط تکیه گاهی بررسی شده در لایه چینی [75-،75،0،0] با میزان خطای 0/23 درصددر شرایط تکیه گاهی یک سر گیردار- یک سر ساده، و کمترین انطباق در کل شرایط تکیه گاهی بررسی شده در لایه چینی[60-،30-،30،60] با میزان خطای 19/88درصد، در شرایط تکیه گاهی یک سر گیردار- یک سر ساده می باشد.
    کلیدواژگان: جذب انرژی، کامپوزیت، کلاهی شکل، مدل تحلیلی
  • محمدرضا انصاری، سحر جعفری، رضا قیصری، پویان ادیبی صفحات 217-226
    در این مقاله جریان دوفازی هوا-آب در کانال افقی ریب دار، بطور تجربی و عددی بررسی شده است. مطالعات تجربی در آزمایشگاه جریان چندفازی دانشگاه تربیت مدرس و شبیه سازی عددی با استفاده از مدل حجم سیال انجام شده است. به منظور بررسی تاثیر ریب ها بر رژیم های جریان، ریب هایی با عرض و گام های مختلف، روی دیواره های جانبی کانال تعبیه و نقشه رژیم های جریان ترسیم شده است. با توجه به بحرانی بودن رژیم اسلاگ در کانال های طولانی، جزئیات آن در کانال های صاف و ریب دار بررسی شده است. طبق مشاهدات تجربی، در کانال ریب دار رژیم لایه ای اتفاق نمی افتد. ریب گذاری محدوده رژیم اسلاگ در نقشه جریان را بطور قابل توجهی کاهش می دهد. مقایسه نتایج عددی و تجربی رژیم های مختلف جریان در سرعت های مشابه نشان می دهد که حلگر بکار رفته در پیش بینی رژیم های مختلف جریان دوفازی توانمند است. از مقایسه دو کانال ریب دار مشخص شد که اولین اسلاگ در کانال با ریب های کوچک در فاصله دورتر و زمان طولانی تر نسبت به ریب بزرگ تشکیل می شود. همچنین نتایج عددی و مشاهدات تجربی نشان می دهد، ریب دار کردن کانال در محدوده سرعت های کارکرد منجر به اسلاگ در کانال صاف، محدوده تشکیل اسلاگ را کوچک می کند اما در محدوده سرعت های منجر به اسلاگ در کانال ریب دار، شرایط تغییر رژیم به جریان اسلاگ تسهیل می شود که به نفع بهره بردار نخواهد بود.
    کلیدواژگان: جریان دو فازی، رژیم جریان، کانال ریب دار، شبیه سازی عددی، روش تجربی
  • محرم حبیب نژاد کورایم، حسام خاکسار، روزبه نوحی حفظ آباد، معین طاهری صفحات 227-234
    در این مقاله به توسعه و مدلسازی تئوری های تماسیالاستیک – پلاستیک جهت نانوباکتری های نرم کروی شکل به منظور کاربرد در منیپولیشن میکرو/نانوذرات زیستی مختلف بر پایه ی میکروسکوپ نیروی اتمی پرداخته شده است. ابتدا شبیه سازی تماس الاستیک برای سه دسته نانوباکتری اپیدرمیدیس، سالی ویروس و آئروس با استفاده از مدل تماسی هرتز و المان محدود پرداخته شد. مقایسه نتایج شبیه سازی تماس الاستیک با نتایج آزمایشگاهی موجود نشان داد که در نظر گرفتن حالت الاستیک برای شبیه سازی تماس نانوذرات زیستی مناسب نیست و نتایج نادرستی را در اختیار قرار می دهد. از این رو در این مطالعه به توسعه و شبیه سازی تئوری تماسی الاستیک – پلاستیک چانگ جهت کاربرد در شبیه سازی مکانیک تماس به منظور کاربرد در شبیه سازی منیپولیشن پرداخته شد. مقایسه شبیه سازی تئوری تماسی چانگ با نتایج آزمایشگاهی موجود و نتایج حاصل از شبیه سازی تماسی چن و همکارانش نشان داد که تئوری الاستیک – پلاستیک کامل چانگ نتایج مطلوبی را در اختیار قرار می دهد. مقایسه نمودار شعاع تماس بر حسب عمق نفوذ در دو تئوری هرتز و چانگ نشان داد که میزان شعاع تماسی ایجاد شده در حالت الاستیک – پلاستیک از میزان شعاع تماسی ایجاد شده در حالت الاستیک بیشتر می باشد.
    کلیدواژگان: منیپولیشن، تئوریهای مکانیک تماسیالاستیک - پلاستیک، نانوباکتری های نرم، میکروسکوپ نیروی اتمی، تئوری الاستیک - پلاستیک چانگ
  • ابوالفضل درویزه، ندا شفیعی، منصور درویزه، حمیدرضا حبیب الهی، حامد رجبی صفحات 235-244
    این مقاله به مطالعه تاثیر اجزای ساختاری بال عقب ملخ صحرایی بر رفتار بیومکانیکی آن می پردازد. نخست، بال حشره تحت بررسی میکروسکوپی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی قرار می گیرد. نتایج به دست آمده از بررسی های میکروسکوپی جهت ارائه مدل های المان محدود از بال با در نظر گرفتن اجزای ساختاری متفاوت به کار گرفته می شود. مدل های ارائه شده تحت اثر نیروهای اینرسی و آیرودینامیکی وارد بر بال در ضمن پرواز قرار گرفته و تنش ها و جابه جایی های ناشی از آن ها ارزیابی می گردند. نتایج نشان داده است که حضور رگ های طولی، رگ های طولی و عرضی، چین و چروک ها، چین و چروک ها و رگ های طولی و در نهایت چین و چروک ها و رگ های طولی و عرضی به ترتیب باعث میانگین کاهش 4، 25.75، 4.34، 184.54 و 768.5 برابری تنش اصلی پدید آمده نسبت به بال فاقد اجزای ساختاری شده است. اجزای ساختاری بال ملخ همچنین نقش موثری در یکنواخت شدن شکل توزیع تنش و کاهش دامنه تغییرات آن در یک سیکل پرواز ایفا می کنند. همچنین نشان داده می شود که تاثیر نیروهای اینرسی و آیرودینامیکی بر تغییر شکل بال حین پرواز، از تاثیر نیروهای الاستیک کمتر می باشد. نتایج حاصل از این تحقیق می تواند در ساخت سازه های سبک با مقاومت بالا به کار گرفته شود.
    کلیدواژگان: روش المان محدود، ساختار میکروسکوپی، توزیع تنش، ملخ صحرایی، جزء ساختاری
  • شیرکو فاروقی، مهدی بامداد صفحات 245-250
    در این مقاله، فرمولاسیون جدید برای تحلیل غیرخطی دینامیکی سازه های دوبعدی میله ارائه شده است. این فرمولاسیون بر پایه و اساس روش هم-چرخشی دینامیکی المان میله دو بعدی است. ایده اصلی روش هم-چرخشی این است که هنگامی که المان در مختصات محلی از یک نقطه به نقطه دیگر حرکت می کند، حرکات صلب از تغییر فرم خالص جدا می شود. در این مقاله، علاوه بر بردار نیروهای داخلی، ماتریس سختی مماسی، با این ایده بردار نیروی اینرسی و ماتریس سختی مماسی دینامیکی نیز حاصل می-شود. ماتریسهای جرم، ژیروسکوپی و سختی مماسی دینامیکی بطور مستقیم از مشتق گرفتن ماتریس جهت برحسب جابجایی های کلی و اعضای ماتریس جهت بدست می آیند. با استفاده از فرمولاسیون جدید ارائه شده، می توان پاسخ دینامیکی سازه اسمبل شده بوسیله المان میله را بررسی نمود. در این مقاله، پاسخ دینامیکی سازه تنسگریتی دو بعدی تحت اثر بار دینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. تنسگریتی به سازه های سبک گفته می شود که از کابل به عنوان سازه کششی و میله به عنوان سازه فشاری تشکیل شده است. سازه تنسگریتی به دلیل وجود نیروی پیش تنش دارای رفتار غیر خطی بوده و پایداری آن با تعادل تنش داخلی بین اعضای کششی و فشاری تامین می شود. دو مثال عددی برای نشان دادن صحت و کارایی فرمولاسیون جدید ارائه شده است و نتایج نشان میدهند که فرمولاسیون جدید دارای نرخ همگرایی بهتری نسبت به مدلهای موجود می باشد.
    کلیدواژگان: روش هم، چرخشی، تحلیل دینامیک غیر خطی، تنسگریتی، بار گذای دینامیکی، پیش تنش
  • حامد آقاجانی درازکلا، مصطفی حبیب نیا، حامد جمشیدی اول صفحات 251-261
    در این مقاله اثرات سرعت خطی و سرعت دورانی ابزار جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بر روی توزیع حرارت، سیلان مواد و شکل گیری عیوب در منطقه جوش مورد بررسی قرار گرفت. جهت شبیه سازی فرایند با روش دینامیک سیالات محاسباتی از مجموعه ی تجاری CFD Fluent 6.4 استفاده شد. برای بالا بردن دقت شبیه سازی، خط جوش که در مرز بین قطعه کارها قرار دارد، به عنوان یک سیال با رفتار شبه مذاب در اطراف پین شبیه سازی شد. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان داد که با افزایش نسبت سرعت چرخشی به سرعت خطی ابزار، جریان مواد در جلو ابزار بیشتر می شود و ابعاد منطقه اغتشاش بیشتر می گردد. همچنین نتایج شبیه سازی نشان داد که حداکثر درجه حرارت و جریان مواد در سمت پیشرو اتفاق می افتد. بر اساس نتایج شبیه سازی مشخص شد که تولید حرارت ناکافی سبب جریان ناکامل مواد اطراف پین می شود و بدین ترتیب عیوب مختلفی در ریشه جوش شکل می گیرند. نتایج حاصل از مدل توسط نتایج تجربی سایر محققین مورد تایید قرار گرفته است. براساس پارامترهای جوشکاری مورد بررسی، نتایج حاصل از شبیه سازی حداکثر نرخ کرنش محل اتصال را 4s-1+ تا 4s-1 - پیش بینی نموده است.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، دینامیک سیالات محاسباتی، شبیه سازی حرارتی، جریان مواد
  • محمد جواد میرنیا، بیژن ملایی داریانی صفحات 262-270
    شکل دهی تک نقطه ای یکی از ساده ترین انواع فرایندهای شکل دهی تدریجی ورق فلزی است که مناسب حجم تولید اندک می باشد. یکی از مسائل مهم مرتبط با شکل دهی تدریجی تک نقطه ای نازک شدگی بیش از حد ورق می باشد که علاوه بر تاثیر منفی بر استحکام قطعه نهایی، کاربرد آن را در تولید قطعاتی با زاویه دیوار زیاد محدود می کند بطوریکه تولید قطعاتی با دیواره قائم در یک مرحله امکان پذیر نمی باشد. در این تحقیق شکل دهی تدریجی تک نقطه ای چند مرحله ای یک مخروط ناقص با زاویه دیوار °70 از جنس آلومینیوم با هدف بهبود نازک شدگی مورد مطالعه قرار می گیرد. با ارائه یک استراتژی تغییر شکل دو مرحله ای جدید و بدست آوردن پارامترهای تعریف کننده آن بر اساس یک الگوریتم مناسب، نشان داده می شود که می توان نازک شدگی و زمان انجام فرایند را با طراحی درست شکل دهی چند مرحله ای بهبود داد. با استفاده از شکل دهی دو مرحله ای طراحی شده، نازک شدگی قطعه نسبت به شکل دهی سه مرحله ای بر اساس یکی از متداول ترین استراتژی های بکارگرفته شده کمتر می شود. همچنین توسط استراتژی طراحی شده می توان برآمدگی کف ظرف را که یکی از محدودیت های شکل دهی چند مرحله ای است به حداقل رساند.
    کلیدواژگان: شکل دهی تدریجی تک نقطه ای، شکل دهی چند مرحله ای، نازک شدگی، استراتژی تغییر شکل، شبیه سازی
  • آرمان حسن پور، خلیل عالی پور، پریسا دائمی، بهرام تارویردی زاده صفحات 271-281
    در این مقاله، جهت اجتناب از واژگونی برخط بازوی پایه متحرک، الگوریتمی هوشمند و نوین با در نظر گرفتن تعاملات بین بازو و پایه ی متحرک ارائه شده است. در این راستا از معیار پایداری گشتاور-ارتفاع به عنوان سنجه ی پایداری سیستم و یک تابع نمو معیار پایداری به منظور یافتن مشخصه های حرکتی موثر در وقوع ناپایداری در هر لحظه، استفاده شده است. سپس جهت بهبود مناسب پایداری سیستم از منطق فازی بهره برده شده است. الگوریتم پیشنهادی با یک الگوریتم پیشین، که جهت اجتناب از واژگونی برخط بازوی پایه متحرک به کمک معیار پایداری نیرو-زاویه ارائه شده، تحلیل و مقایسه شده است. هر دو الگوریتم بر روی یک سیستم یکسان از لحاظ ابعاد و شرایط فیزیکی، شبیه سازی و عملکرد آن ها مورد بررسی قرار گرفته است. در شبیه سازی ابتدا سینماتیک و دینامیک حرکت برای بازوی پایه متحرک مورد نظر، با استفاده از روش نیوتن-اویلر در نرم افزار میپل16 استخراج شده سپس مدل استخراج شده برای سیستم، توسط جعبه ابزار SimMechanics نرم افزار متلب صحه گذاری می شود. سپس در یک مانور که قسمتی از مسیر ناپایدار است، میزان کارایی الگوریتم اجتناب از واژگونی بر خط پیشنهادی تحلیل و با الگوریتم پیشین مقایسه شده است. همچنین عملکرد الگوریتم پیشنهادی در حضور برخی اغتشاشات محیطی مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: اجتناب از واژگونی برخط، پایداری بازوی پایه متحرک، معیار پایداری گشتاور، ارتفاع، منطق فازی، معیار نیرو، زاویه، تابع نمو معیار پایداری
  • امیر مسعود بخشی، علیرضا آریایی صفحات 282-290
    روشی تحلیلی برای تعیین اثر شکستگی روی رفتار ارتعاشی تیرهای تیموشنکوی چند تکه دارای قیود انعطاف پذیر میانی تحت عبور سیستم دو درجه آزادی بسط داده شده است. در تیرهای چند تکه دارای قیود انعطاف پذیر میانی علاوه بر ناپیوستگی ها در محل قیود انعطاف پذیر ناپیوستگی هایی هم در محل زاویه شکستگی وجود دارد. با بررسی شرایط سازگاری در محل هر شکستگی و ترک، روابط بین ضرایب شکل مود هر دو تکه به دست می آید. در ادامه با استفاده از روش تحلیلی ماتریس انتقال، حل های ویژه سیستم چند تکه به طور صریح قابل محاسبه است. پاسخ اجباری را می توان با استفاده از توابع ویژه تئوری بسط مودال به دست آورد. برای تعیین پاسخ اجباری از تعامد مودها استفاده می شود. از این رو با بررسی روابط، رابطه ای جدید در حالت وجود شکستگی برای تعامد مودها اثبات می شود. مشاهده می گردد که با افزایش زاویه شکستگی بر مقدار فرکانس های طبیعی افزوده می شود و بیشینه جابجایی تیر کاهش می یابد. همچنین وجود ترک باعث کاهش فرکانس های طبیعی و افزایش جابجایی بیشینه در تیر می شود. اعتبار تکنیک بیان شده با مقایسه نتایج با دیگر مقالات و نتایج بدست آمده از حل های عددی فراهم گردیده است.
    کلیدواژگان: تیرهای چند تکه، ترک، تئوری تیر تیموشنکو، روش ماتریس انتقال، عبورسیستم چند درجه آزادی
  • مریم کامران، نوروز محمد نوری، کریم مصطفی پور، رباب بهادری صفحات 291-298
    اندازه گیری نیروهای هیدرودینامیکی روی اجسام زیر آب یکی از نیازهای اساسی تونل آب می باشد. با توجه به محدودیت های تونل آب برای این کار یک بالانس دقیق نیرو لازم است. هدف از این مقاله طراحی، ساخت و کالیبراسیون یک بالانس شش مولفه ای جهت اندازه گیری نیروها و گشتاورهای وارده بر مدل در تست های مدلی استاتیکی و دینامیکی داخل تونل آب، می باشد. برای این منظور فرآیند تولید بالانس نیرو گشتاور شامل مراحل طراحی سازه ای بالانس، تدوین تکنولوژی و ساخت، طراحی مکانیزم تست کالیبراسیون و کالیبراسیون بالانس شش مولفه ای صورت گرفته است. بالانس طراحی شده، قابلیت اندازه گیری سه مولفه نیرو و سه مولفه گشتاور، بطور همزمان و مستقیم جهت اجرای تست های مدلی تونل آب تحت شرایط با و بدون کاویتاسیون را دارد. این سیستم بر اساس اصول کرنش سنج ها و قوانین تیرهای خمشی طراحی شده است. با در نظر گرفتن رابطه بین نیرو و سیگنال خروجی بالانس و استفاده از مدل های کالیبراسیون اندازه گیری مستقیم نیروها و گشتاورهای وارد بر مدل در تونل آب فراهم می شود. جهت کالیبراسیون بالانس یک مکانیزم کالیبراسیون شش درجه آزادی طراحی شده است. طراحی این سیستم بر اساس قابلیت اجرای تکینک طراحی آزمایش متداول، استفاده از راستای گرانش برای بارگذاری بالانس و سادگی تراز و موقعیت دهی بالانس نسبت به راستای گرانش می باشد. با استفاده از این مکانیزم بالانس شش مولفه ای برای کاربردهای تونل آب کالیبره شده است. خطای استاندارد بین مولفه های اندازه گیری شده و بدست آمده از مدل کالیبراسیون در داده های بالانس کمتر از 0/1% حاصل شد.
    کلیدواژگان: بالانس نیرو، کرنش سنج، کالیبراسیون، تونل آب
  • سعید ابراهیمی، وحید رضانیا صفحات 299-308
    در این مقاله برای بررسی حرکتپذیری سه ربات صفحه ای 2RRR، 1RRR و 3RRR، ابتدا ماتریس ژاکوبین هر سه ربات با اعمال روش همگنسازی، به منظور تعیین درایه هایی با ابعاد فیزیکی همگن استخراج میشود. با استفاده از معکوس عدد وضعیت ماتریس ژاکوبین هر ربات، شاخص وضعیت محلی رباتها در یک زاویه دلخواه پلتفرم تعیین میشود. با توجه به تغییرات عدد وضعیت از 1 تا بی نهایت، از معکوس آن به عنوان شاخص وضعیت محلی استفاده میشود. در ادامه با تغییر زاویه پلتفرم، تاثیر آن بر روی تغییرات شاخص وضعیت محلی بررسی می شود. به ازای زاویه ای از پلتفرم که بزرگترین مقدار شاخص وضعیت محلی را نتیجه میدهد، مهارت هر سه ربات با یکدیگر مقایسه میشود. نتایج نشان دهنده ی مهارت بیشتر ربات 3RRR نسبت به دو ربات دیگر در زاویه پلتفرم کمتر از 90 درجه است. در زاویه های بزرگ تر پلتفرم، ربات 1RRR شاخص وضعیت محلی بزرگتری و در نتیجه مهارت بیشتری دارد. در زاویه هایی از پلتفرم که بیشترین شاخص وضعیت محلی اتفاق میافتد، توزیع شاخص بار نیز رسم شده است. همچنین شاخص وضعیت محلی برای هر ربات به طور جداگانه در فضای کاری آن ربات و فضای کاری مشترک تعیین می شود. نتایج حاصل نشان دهنده این مطلب است که شاخص حرکت پذیری هر کدام از سه ربات فوق، تفاوت چندانی در فضاهای کاری ذکر شده ندارد. برای مقایسه بهتر و بهره گیری از توزیع حرکت پذیری، شاخص وضعیت کلی سه ربات نیز محاسبه می شود که نشان دهنده ی مهارت بیشتر ربات 3RRR است.
    کلیدواژگان: ربات های صفحه ای RRR، شاخص حرکت پذیری، ماتریس ژاکوبین، فضای کاری
  • بررسی تجربی تاثیر شکل دماغه پرتابه های استوانه ای، بر نفوذ سرعت بالا در کامپوزیت پلیمری با الیاف بافته شده
    عرفان مهربانی یگانه، غلامحسین لیاقت، محمدحسین پل صفحات 309-318
    در این تحقیق، تاثیر شکل دماغه پرتابه های استوانه ای متقارن محوری و همچنین سرعت اولیه آن ها بر عملکرد بالستیکی کامپوزیت چند لایه شیشه/ اپوکسی با الیاف بافته شده، به صورت تجربی، مورد مطالعه قرار می گیرد. اثرات تغییر سرعت اولیه، تاثیر تغییر تیزی دماغه، تغییرات جذب انرژی، بررسی ناحیه لایه لایه شدگی و غیره، توسط شش پرتابه با شکل دماغه های تخت، مخروطی، نیم کروی و اجیوال، مورد بررسی قرار گرفته است. ماده مرکب با 18 لایه الیاف شیشه بافته شده با کسر حجمی الیاف 45 درصد و به روش لایه چینی دستی ساخته شده است. سیستم رزین نیز از ایپون 828 به عنوان پایه اپوکسی و جف امین دی 400 به عنوان سخت کننده ساخته شده است. بررسی نتایج نشان می دهند که بیشترین اختلاف مابین عملکرد پرتابه ها با دماغه های مختلف در سرعت حد بالستیک مشاهده می شود. در این محدوده سرعت اولیه، بهترین عملکرد بالستیکی را پرتابه اجیوال با شعاع کالیبر 2.5 و بدترین عملکرد بالستیکی را پرتابه با دماغه تخت ارائه می کند. مساحت ناحیه لایه لایه شدگی هدف با افزایش تیزی دماغه و همچنین افزایش سرعت اولیه پرتابه، کاهش پیدا می کند. منحنی بالستیک پرتابه های مختلف نشان می دهد که با افزایش سرعت اولیه پرتابه، اختلاف مابین سرعت باقی مانده پرتابه های مختلف کمتر می شود. به دلیل ایجاد گسیختگی برشی هدف در برخورد با پرتابه تخت، مقدار جذب انرژی هدف از این پرتابه، در سرعت های دورتر از سرعت حد بالستیک، کمتر از سایر پرتابه ها می شود.
    کلیدواژگان: شکل دماغه پرتابه، نفوذ بالستیکی، جذب انرژی، سرعت باقی مانده، کامپوزیت بافته شده
|
  • Ali Zahedi, Bijan Mollaei, Dariani, Mohammad Reza Morovvati Pages 1-8
    In this research, formability of two layer sheet metals of Al1050 and St12 in single point incremental forming (SPIF) has investigated using numerical and experimental approaches. In order to study the sheet metal formability in this process, the tool paths defined in ABAQUS and CNC machine so that an increasing wall angle is created until the sheet metal reaches its maximum allowable angle and fracture is occurred. Since in this process, the tool exerts local stresses on the sheet metal, 3D simulation of the process is needed. In order to study the effect of process parameters, the analysis is done in three levels of tool radius and vertical step size. In order to derive fracture depth of sheet metal, the force diagram is considered in simulations. It is shown that the outer sheet subjected to higher plastic strains and therefore failure occurred initially at the outer layer. Results also showed that increasing the tool radius and vertical step size speed up process but they have inverse effect on the forming limit angle. For experimentally study and also to validation of simulation results, full factorial experiments with respect to forming speed up to three levels designed and carried out. The difference between FEM and experimental results is about %2.1 in forming limit angle.
    Keywords: Single point incremental forming, Two, Layer Sheet Metal, Formability, Numerical Simulation, Fracture Angle
  • Gholamhossein Majzoobi, English Khademi, Samaneh Pourolajal Pages 9-16
    The Chaboche kinematic hardening model is generally used for modeling the plastic behaviour of material under quasi-static cyclic and monotonic loadings. This model is independent of strain rate and its constants are normally determined through quasi-static tests. Therefore, it cannot predict material behavior under high strain rate condition. On the other hand, the dynamic behaviour of materials even in some cyclic loadings is usually strain rate sensitive. In this investigation, the constants of Chaboche model are identified at various strain rates through quasi-static and dynamic tests and using these constants the effect of strain rate is incorporated in the Chaboche model. Moreover, the stress-strain diagrams at different strain rates are predicted using artificial neural network (ANN) and the results are compared with the experimental data. The results from the strain rate dependent Chaboche model shows reasonable agreement with the experimental data and the prediction from ANN. It is also shown in this work that the constants of Chaboche plasticity model are strain rate dependent and if the neural network is trained properly, it can be used for interpolating between the experimental data.
    Keywords: Chaboche plasticity model, Strain rate, kinematic hardening, artificial neural network
  • Alireza Hadi, Mohammad Morad Sheikhi, Mehdi Qasemi Pages 17-26
    In recent years many investigations have been performed on design and fabrication of micro mechanical manipulators. These manipulators have a wide application in industry specifically medical applications. A practical usage of this manipulator is endoscopy system. In the endoscopy system, we need a small manipulator with high maneuverability and flexible body to make the probe’s movement into a colon easier than classic manipulators. In this paper a basic flexible module is developed for use in this structure. Connecting three wires of shape memory alloy uniformly distributed in circumference of a compressive spring with angle of 120 degrees, it is possible to make an almost large displacement in the end planes with small strain of wires. In this paper, a model is developed to define the spring deformation which in the following is coupled with the model of SMA wire presented by Brinson to describe the module behavior definitely. Dynamic modeling and simulation is implemented in MATLAB-Simulink and module performance in addition to proper geometry for the considered application is extracted. Through the results of simulation verified by experiment, proper parameters of module for providing more deflection and rotation when activated by SMA are extracted.
    Keywords: Compressive spring, Shape memory alloy wire, Dynamic modeling
  • Mohsen Ghazikhani, Seyyed Iman Pishbin, Mohammad Reza Modarres Razavi Pages 27-38
    Low swirl burners present an effective approach to increase stability in lean premixed combustion. Effects of swirl number as a key parameter in the performance of these burners have been investigated in several studies with different conditions of pressure, bulk velocity equivalence ratio and geometrical specifications. Swirler distance from the exit, called recess length is another key parameter, which affects the performance of the burner and there are a few studies about its effects on the performance of the burner. In this study by design and fabrication of a low swirl burner and setup a rig test, several combustion parameters include flame temperature; flow rate, pressure and temperature of the air and fuel, and analysis of combustion products have been measured. And the effects of recess length and equivalence ratio variations on the performance of the low swirl burner have been studied. In addition, the exergy analysis has been done in order to investigate the performance of these burners. Results reveal that increasing recess length would result in wider range of lifted flame for different equivalence ratios. In addition, results also show that although low swirl combustion is working on lean condition, it has about 17 percent lower irreversibility ratio in comparison with diffusion flame from second law of thermodynamic point of view. Besides, the heat transfer ratio has been increased about 14 percent in the lifted flame in comparison with the attached flame.
    Keywords: Temperature distribution, Exergy analysis, Recess length, Swirler
  • Mahdi Bamdad, Arman Mardany Pages 39-49
    This paper focuses on a class of continuum robot manipulators that uses cables for actuation. In order to realize more natural and various motions like human musculoskeletal, tendon-driven manipulators is studied. It is challenging to design the manipulator structure which consists of bones and redundant muscles. A comprehensive study is presented including the theoretical analysis of the mechanical design, kinematics, dynamics and tracking control of a planar continuum backbone robot. Lagrange's equation is applied to the dynamic problem and the system is controlled by a computed torque/time delay approach. This paper explores the fundamental limitations of dynamic problem for different loading conditions and the behavior is formulated based on the motion constraints. For example, the cable forces are computed considering the yield stress. Moreover the effects of cable configuration are examined by comparing the model performance. Meanwhile, the geometrical parameters have an important effect on manipulation. The analysis is applied on two main robot structures considering geometrically constrained deformable continuum body. The simulation results illustrate the efficiency of the proposed design and controller. Nevertheless, the field of continuum and hyper-redundant manipulation holds great promise also in the experimental domains.
    Keywords: Continuum Robots, Cable actuated, Back bone, Geometry
  • Hamed Hassanpour, Amir Rasti, Mohammad Hossein Sadeghi, Mohammad Hossein Saadatbakhsh, Ahmadreza Omiddodman Pages 50-60
    AISI4340 hardened steel have a vast functionality in industries. Hard machining of this steel have several benefits such as, higher productivity, lower production cost and improved workpiece properties. In machining operation, ultimate surface roughness is the most important characteristic of machined surface and plays an important role in workpiece life. One of the effective factors on surface integrity is cutting fluid used in machining operation, which have health and environmental problems is spite of positive effects. As a result, using minimum quantity lubrication is considered as an alternative method. In present study, relations between milling parameters and final surface quality in milling of AISI4340 hardened steel, in the presence of lubrication systems including; dry, wet and minimum quantity lubrication have been investigated. Cutting speed, feed rate, axial and radial depth of cut have been considered as main parameters of milling operation. Totally, 90 experiments have been done using response surface method to analyze the effects of process parameters on surface roughness. Results revealed that feed rate and cutting speed have the most Influences on surface roughness. Also higher values of cutting speed and lower values of feed rate are necessary to reduce surface roughness. In addition, compared to other lubrication methods, minimum quantity lubrication have the best performance in surface quality, especially in high cutting speed and depth of cut.
    Keywords: Milling, 4340 Hardened Steel, Minimum Quantity Lubricant, surface roughness
  • Anooshirvan Fashidianfar, Amin Saghafi Pages 61-68
    The accurate evaluation and experimental investigation of the gear dynamic response have indicated some interesting nonlinear phenomena such as bifurcation and chaotic behavior on some system parameters. The chaotic motion is an unusual and unpredictable behavior and has been considered as an undesirable phenomenon in the nonlinear gear vibration systems. Therefore, in order to design and develop an optimal gear transmission system, it is important to control and eliminate these nonlinear phenomena. This paper presents the design of a gear system in order to control and suppress the chaos. A generalized nonlinear dynamics model of a spur gear pair including the backlash and the static transmission error is formulated. The idea behind the design of this control system is applying an additional control excitation force to the driver gear. The parameter spaces of the control excitation force are obtained analytically by using the Melnikov approach. The numerical simulations including the bifurcation diagram, the phase portrait, and the time history are used to confirm the analytical predictions and show effectiveness of the proposed control system for chaos suppression in nonlinear gear systems.
    Keywords: Nonlinear vibrations, Gear, Chaos control
  • Mohammad Hossein Sabor, Mahdi Fakoor, Nabi Mehri Khansari Pages 69-78
    Fracture phenomenon in orthotropic materials, generally associates with fracture process zone (damaged zone) in crack tip vicinity. Determination of Mechanical properties in this region can help to predict the value or even the direction of crack growth in orthotropic materials. This area contains a multitude of micro cracks which cause difficulties in analytical process of the region Also cause energy waste in damaged zone that can affect the material fracture properties. So far, several models have been proposed to determine the mechanical properties of this region, but due to the immense complexity of this region, the results have not been expressed the behavior of this region properly. Moreover, the existence methods have not been verified with new experimental and numerical data, yet. In present research, a new approach based on experimental and numerical results proposed to investigate the orthotropic damaged zone properties. This model, unlike previous models by offering a range for effective elasticity modulus, can determine the mechanical properties of this region for the presence or absence of micro-cracks interaction among them. The proposed model also, validated and compared with experimental and numerical results.
    Keywords: Mechanical properties, damaged zone, orthotropic materials, micro crack
  • Amir Reza Shahani, Seyyed Majid Pourhosseini, Hamid Shooshtar Pages 79-88
    Curved thin-walled structures are extensively used in many industrial applications including aviation industries. These parts have a specific role in manufacturing of helicopter main rotor blade. Fracture mechanics parameters are needed for life estimation and life extension of curved thin-walled structures. Standard methods of fracture mechanics testing are not applicable to these parts because of curvature and thinness of the specimens. So new test methods for these specimens is necessary to be investigated and developed. Vast trying has been done by scientists to overcome these problems and some theories and experimental methods such as the theory of fracture of thin-walled curved plates, the conventional burst test method and some new non-standard test methods has been initiated and developed. In the present paper, first of all, the theory of thin-walled curved plates has been briefly presented to link the behavior of curved specimens to the flat ones and the conventional burst test (BT) method has been accordingly introduced. Then, the newly developed non-standard test methods such as compact curved tension (CCT), pin loading tension (PLT), three points bending (TPB), double edge notched tension (DENT), internal conical mandrel (ICM) and X-specimen have been reviewed. Finally, a comparison between mentioned methods had been done to determine the most appropriate one.
    Keywords: Thin, walled curved structures, fracture mechanics test, non, standard specimen
  • Mahdi Rezaei, Meghdad Babaei Pages 89-96
    The Stewart platform with six degree of freedom (three translational and three rotational motions) consists of two rigid bodies, lower plate (base) and upper one (mobile). These two bodies are connected together by six extensible legs between three pairs of joints on each of the bodies. This platform can be used to isolate the top plate of the platform and its payload from the applied motions to the base. Since the passive isolation methods are not effective in elimination of the high amplitude (and usually) low frequency motions, this paper practically investigates the possibility of using the 6DOF Stewart platform as an active vibration isolator. In this study, a Stewart platform was designed and constructed based on electric actuators (servo-motors). And then it was practically utilized to isolate its top plate from the applied pitch and roll rotations to the base plate. MEMS sensors including two accelerometers and one rate gyro along with Kalman filter and kinematic relations were utilized for measuring the pitch and roll motions. A PI controller was implemented to keep the top plate at level position using the MEMS sensors installed on the bottom plate. The experimental results indicated that the platform can effectively isolate the pitch and roll motions while the frequency of these motions is in the working speed range of the electric actuators.
    Keywords: Stewart Platform, Active Vibration Isolation, MEMS Sensors, Kalman Filter
  • Majid Elyasi, Hamed Aghajani, Morteza Hossinzadeh Pages 97-107
    Friction stir welding (FSW) has become a technology of widespread interest because of its numerous advantages, most important of which is its ability to weld otherwise unweldable alloys. In this study, friction stir welding process has been used to join A441 AISI steel and AA1100 aluminum alloy. Optical microscopy, X-ray diffraction analysis (XRD), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and Vickers microhardness tests were employed to study on the joint microstructure evolution and hardness. The results showed that after welding process, head affected zone (HAZ) and stir zone (SZ) were formed in steel base metal side and head affected zone (HAZ), thermo-mechanical affected zone (TMAZ) and stir zone (SZ) were formed in aluminum alloy side. Mg2Al3 spherical particles formed with the ferrite and pearlite constituents in the junction. These particles were formed between the aluminum grain boundaries and due to the difference in contraction coefficient with aluminum base metal, were causing hot cracks in stir zone during solidification. Due to the generated frictional heat, small grains of ferrite and pearlite with very fine grain size of aluminum were formed in stir zone. Base metals dynamic recrystallization and formation of intermetallic compounds led to stir zone microhardness became higher than other areas.
    Keywords: Friction Stir Welding, Stir Zone Microstructure, A441 AISI Steel, AA1100 Aluminum Alloy
  • Rahmatollah Ghajar, Safa Peyman, Ali Shaghaghi Pages 108-116
    To investigate, understanding and predicting dynamic fracture behavior of a cracked body, dynamic stress intensity factors (DSIFs) are important parameters. In the present work interaction integral method is presented to compute static and dynamic stress intensity factors for three-dimensional cracks contained in the functionally graded materials (FGMs), and is implemented in conjunction with the finite element method (FEM). By a suitable definition of the auxiliary fields, the interaction integral method which is not related to derivatives of material properties can be obtained. For the sake of comparison, center, edge and elliptical cracks in homogeneous and functionally graded materials under static and dynamic loading are considered. Then material gradation is introduced in an exponential form in the two directions in and normal to the crack plane. Then the influence of the graded modulus of elasticity on static and dynamic stress intensity factors is investigated. It has been shown that, material gradation has considerable reduce influence on DSIFs of functionally graded material in comparison with homogenous material. While, static stress intensity factors can decrease or increase, depend on the direction of gradation material property.
    Keywords: Dynamic stress intensity factors (DSIFs), Interaction integral method, Functionally graded materials (FGMs), Finite Element Method
  • Mehdi Soleymani, Mahmoud Hamidizadeh, Sirous Sayahi, Hassan Moradzadeh, Mohsen Rahmani Pages 117-124
    Control of seismic shake table in order to track the predefined earthquake profile is a key concern in design of seismic shake tables. This paper proposes a vision-based real time displacement measurement system using image processing techniques to control a laboratory-scale seismic shake table. The shake table is controlled via a fuzzy-supervisory controller, an inner PID loop and a Fuzzy outer one, whose feedback is provided by the vision-based measurement system. To minimize tracking errors, the fuzzy controller uses displacement and acceleration responses as its feedbacks. For this purpose, a camera and an image processing application are utilized to measure the motions directly in real time. Results are sent to a host PC through a network as the controller feedback. Proposed system performance is compared with an alternative system which utilizes a linear encoder as displacement sensor and controller feedback. Test results prove effectiveness of the proposed fuzzy system in cutting back the tracking errors. In addition, the vision-based system uses a very low cost camera to measure the displacement directly. It has appropriate accuracy, works in real time, and doesnt need any contact with the table, comparing to the encoder version.
    Keywords: Fuzzy, PI supervisory control, shake table, Image Processing, displacement measurement
  • Mojtaba Yazdani, Ali Rashed Pages 125-136
    In this paper, the behavior of multi-layered ceramic armor and ceramic armor with ductile backing against armor piercing APM2 projectile has been considered numerically. Multi-layered armors in accordance with BR7 ballistic protection class should protect against AP 7.62-mm projectiles with impact velocity of 830m/s. Results show that unlike high strength steel, ceramic resists against initial penetration of brass jacket and lead filler and erodes them at initial stages. This enables higher resistance in ceramic armor with similar mass in comparison with the steel one. It is illustrated that ceramic armor with ductile backing beside above characteristics has the capability of bullet jacket strip and capturing brass jacket while the core penetrates through the armor. This characteristic is not observed in multi-layered ceramic armor without the backing plate. Ceramic armor with backing plate reduces projectile's exit velocity one ninth the residual velocity of multi-layered ceramic armor and one nineteenth the residual velocity of high strength steel armor with similar mass. Another point discussed in this paper is the effective ceramic mass resisting against the projectile. The more mass involved, the more ballistic resistance gained.
    Keywords: High, velocity penetrators, multi, layered ceramic armor, conoid failure, armor piercing APM2 projectile, ceramic armor with backing plate
  • Saeed Shiri, Mojtaba Yazdani, Mohammad Pourgol Mohammad Pages 137-142
    Nowadays, composite materials are used in different applications. Some of these applications involve components subject to cyclic loading. Fatigue is the dominant failure mechanism for structures under this type of loading. Hence, proper prediction of fatigue life is essential for safe design and operation of structures, maintenance, repair and replacement of components. Many of the existing models in this field have not assessed the degradation of material properties such as stiffness and strength during fatigue damage. In this paper, a stiffness-based model is initially evaluated for fatigue damage analysis of composite structures. The model is validated with two sets of experimental data. A residual strength model is coupled to the choice model and a modified model is developed. Then, residual fatigue life of fiber reinforced polymeric composites is predicted for three sets of experimental data under two-stage loading. The results demonstrate that the proposed model has an improvement on accuracy in the estimation of residual fatigue lives. For better evaluation of the developed model, experimental results and some existing models are compared with the present study predictions. It is concluded that in most cases, the predicted values by the proposed model is closer to experimental values in comparison with other models.
    Keywords: Stiffness degradation, residual strength, composite damage, fatigue life prediction, variable amplitude loading
  • Amin Seyyed Nosrati, Karen Abrinia, Ghader Faraji Pages 143-147
    In this paper, a new forward extrusion process is proposed for producing large-diameter tubular components. At the beginning of the process, a round billet is located in the container and then extruded into a preliminary die with three bean-shaped holes forcing a hole in the original billet. The material is then entered into another die with a diverging and converging surfaces designed to weld the material and decrease the tube thickness. Material flow behavior, applied strain and the required process load were predicted using finite element (FE) simulations. The results showed that the new extrusion process had three important advantageous namely a lower process load and a container with a smaller diameter while applying much higher plastic strain compared to the conventional methods.
    Keywords: Tube, extrusion, experiments, FEM
  • Abdolhamid Azizi, Mohammad Ebrahim Alami Aleagha, Hamid Moradi Pages 148-154
    Friction stir welding is a novel, economical and high quality technique among aluminum welding and joining methods. In this present paper, by introducing the friction stir welding the affecting parameters on thermal, micro structural and mechanical properties of 7000 series aluminum aerospace alloys joining using Friction Stir Welding is investigated. Results show that the sizes of nugget grains are between 5 through 12 micrometer and the least grain size constructed in nugget zone which the thermal effect is responsible for. By using thermal analysis and experimental results, the amount of loosed energy during FSW process can be drawn. Furthermore the effect of process parameters on loosed energy can be investigated. In this work and in the beginning and during welding, the appropriate temperature near to the tool shoulder is 330 degrees centigrade which can be used as a norm for quality control of weld ability. Cylindrical tool with plain pine surface made a welding joint with strength up to 80 percent of base metal. Welding quality is strongly affected by defects in joining zone which came from selecting non proper welding parameters.
    Keywords: Friction Stir Welding, FSW, Metallurgical properties, Aluminnum alloy, Mechanical properties
  • Mousa Rezaee, Reza Fathi, Arash Mohammad Alizadeh Fard Pages 155-166
    The forces due to the unbalance in a system cause undesired vibration and noise, and reduce the system life. One of the new and efficient methods used to reduce the unbalance is the use of automatic dynamic ball balancer. The automatic dynamic ball balancer is a typical passive balancer which doesnt need control systems to balance the rotor. Because these devices are used in the systems which have variable unbalance according to the operating conditions and the system may be switched on and off several times a day, therefore reducing the balancing time becomes a necessary task. In practice, the gyroscopic effect is created for several reasons, e.g. when the rotor is located offset from the shaft midspan. Previous studies have not determined the optimum values of the damping ratio and mass of balls of the automatic dynamic ball balancer under the gyroscopic effect. In this study, the effect of damping ratio and the mass of balls of the automatic dynamic ball balancer on the stability and balancing of the system under the gyroscopic effect have been investigated and, using the Nelder-Mead simplex algorithm, the optimum values of these parameters to minimize the time of balancing and converging the Euler angles to zero are obtained.
    Keywords: Automatic Ball, Balancer, Stability, Euler angles, Gyroscopic Effect, The Nelder, Mead simplex algorithm
  • Reza Hassannejad, Arash Khassetarash Pages 167-176
    Recently, providing a model in order to investigate human body vibrations and also finding a methodology to simulate the functionality of central nervous system in muscle tuning while pre and post fatigue conditions during running has been discussed in numerous papers. In the current study, a 4 degree of freedom vibration model of human body and an objective function that mimics the functionality of central nervous system with bounds for pre-fatigue and post fatigue conditions were considered. Firstly, it was shown that the optimization method used in the literature leads to inaccurate results. Then, in order to achieve more accurate results, the optimization problem was solved using Particle Swarm Optimization method. A comparison between the results of current study with those in literature showed that our results are more consistent with experiments. Our findings indicated that an increase in running time followed by an increase in fatigue leads to a significant decrease in the safe region and increase in vibration amplitude of lower body wobbling mass. Moreover, a parametric study was conducted to investigate the effects of mass distribution and variations in touchdown velocities on the area of the safe region for both pre and post fatigue conditions. A high dependency of this area to the mass distribution and touchdown velocities of lower extremities was also indicated. The results of this study can be useful in the shoe design for running and similar activities.
    Keywords: Running, Fatigue, Muscle tuning, mass distribution, Particle Swarm Optimization
  • Saeed Kalantari, Mohammad Fadaee Pages 177-184
    In this article, an analytical procedure is presented for prediction of linear buckling load of a waffle cylinder stiffened by an array of equilateral triangles. The grid stiffened shell is subjected to axial loading condition. The shell has simply supported boundary conditions at its two edges. The equivalent stiffness of the stiffener and skin is computed by superimposing between the stiffness contributions of the stiffeners and skin with a new method. Total stiffness matrix of the shell is composed of stiffness matrix of skin and grids with special volume fractions. In this analysis, using energy method, equilibrium equations of the grid stiffened shell are extracted based on the thin shell theory of Flugge. The Navier solution is applied to solve the problem. A 3-D finite element model was also built in ANSYS software to show the accuracy and validity of the present solution. The results show that the present new approach has high accuracy and precision. The effect of various geometrical parameters on the critical buckling load is investigated. Due to the stability and accuracy, the present method can be used by many designers and engineers to improve their design quality.
    Keywords: Buckling of cylindrical shell, The thin shell theory of Flugge, Waffle cylindrical shell, Finite Element Analysis, Axial loading
  • Mohammad Sedighi, Mohammad Riahi, Ali Asgari Pages 185-189
    New trends have been observed in recent years for rapid prototyping of sheet metal parts by Incremental Forming process particularly at low quantity production. Recent ideas have been presented for a new type of this process known as Incremental sheet metal hammering (ISMH) method. In ISMH process, by sequence moving of a hammering punch over a clamped sheet metal, a three-dimensional work piece is produced without using a die. In this paper, the effect of tool parameter on the formability of Al-1100 will be studied. To investigate this issue, the sheet is clamped. Then by considering the cone angle, hammering is applied at a certain diameter and frequency until the failure happens. By recording the angle and the height values at failure point, a correlation has been extracted between the diameter and the frequency. Analysis of the results shows that by decreasing the diameter of the punch, maximum strain in the direction of thickness is observed at higher height. Also, by increasing the diameter of the punch, formability of Al-1100 increases. Also, it is shown that by increasing the impact frequency, the formability of the sheet will be decreased.
    Keywords: Incremental forming, Al, 1100, Diameter, Frequency, Formability
  • Masoud Ziaei, Rad, Abbas Kasaeipoor Pages 190-198
    This paper concerns with a similarity solution for mixed-convection boundary layer copper-water nanofluid flow over a horizontal flat plate. Appropriate similarity variables are used to convert the Governing PDEs to ODEs and the resultant equations with the nanofluid properties relations are discretized and solved simultaneously using finite-difference Keller-Box method. The effects of change in plate temperature, the volume fraction of nanoparticles, and the mixed-convection parameter, on friction coefficient, Nusselt number and velocity and temperature profiles are investigated. The results show that, the Nusselt number increases as the mixed-convection parameter and the volume fraction of nanoparticles increases. This enhancement is about 10 percent for the nanofluid with 4% volume fraction of nanoparticles, compared with the pure water. In this range, moreover, the friction coefficient parameter increases about 20 percent. However, the lower the mixed-convection parameter is, the effect of nanoparticles on the friction coefficient increment is more. The results also illustrate that the effect of the surface temperature on the increment of Nusselt number and on the reduction of friction coefficient is more considerable in higher mixed-convection parameter and volume fraction of nanoparticles. Also by increasing surface temperature, the temperature of nanofluid decreases at any surface distance.
    Keywords: Boundary layer flow, Mixed convection, Numerical similarity solution, Nanofluid, horizontal plate
  • Ehsan Zakeri, Said Farahat Pages 199-210
    In this study a safe and smooth path planning containing the slightest risk is considered for an Unmanned Underwater Vehicle (UUV). To do so, three smooth and continues functions resembling the three dimensional path are introduced and then their parameters are optimized using the particle swarm optimization method to find the safest possible path. For each point in space a numeric value is considered as vulnerability and the objective function is the integral of the vulnerability over the path produced. This path forms controlling signals which through a TSK fuzzy controller, the UUV is guided. The new arrangement of the propulsion vehicle subsurface was modeled. Since for the design of the controller, the parameters of the Under Water Vehicle dynamic system not used, so the control system is robust with respect to parameter Uncertainties. In the last section three environments with different complexities are considered to illustrate the creating process’s performance of the path and it is concluded that this method demonstrates desired performance in the development of a safe and smooth path through a harmful environment and the design of an adequate controller.
    Keywords: Underwater Vehicle, safe, smooth path planning, particle swarm optimization method, fuzzy controller
  • Naser Tavassoli, Abolfazel Darvizeh, Mansour Darvizeh, Ali Reza Sabet Pages 211-216
    The aim of this study is to investigate analytical and experimental energy absorbing capacity for a hat shape structure with three different boundary conditions. Four layered unidirectional (UD) E-glass fiber /polyester resin was used to construct hat shape beam energy absorber. The length of the composite hat shape was 1m and the thickness was 3mm. Result shows good coloration between experimental energy absorption and the values obtained from the model. The best coloration between experimental and the model is related to [75,0,0,-75] fiber stacking configuration with 0.23% accuracy in clamp-free boundary condition, and the worst coloration between experimental and the model is related to [30,60,-30,-60] fiber stacking configuration with 19.88% accuracy in clamp-free boundary condition.
    Keywords: energy absorption, composite, hat shape, Analytical model
  • Mohamadreza Ansari, Sahar Jafari, Reza Gheisari, Poyan Adibi Pages 217-226
    In this paper, two-phase air–water flow was investigated experimentally and simulated numerically using VOF method. The tests are conducted in Multiphase Flow Lab. of Tarbiat Modares University. In order to evaluate the rib effect on flow regimes, experimental investigation was conducted with ribs of different width and pitch where assembled on front and back side walls (side walls) of the duct during different test runs. The rib width and pitch were held constant during each test. The experimental work considered for different regimes of wavy, plug and slug which generated in the ducts with and without rib applying various phase velocities. The effects of using ribs on regime boundaries are presented in the flow diagrams and discussed in details. Compared to the smooth duct, the ribbed duct affects the different regime boundary positions noticeabily. The results showed that in the duct with small sizes ribs, the first slug initiates at longer time and distance in compare to the duct equipped with bigger size ribs. The results show that for normal operational flow velocities, the ribbed duct decreases the slug area on flow diagram map in compare to smooth duct. However, ribs facilitate the slug regime initiation for phase velocities in accordance with slug generation, which is not benefit of operational condition.
    Keywords: Two, phase flow, Flow regime, Ribbed rectangular duct, Numerical Simulation Main Subjects
  • Moharam Habibnejad Korayem, Hesam Khaksar, Rouzbeh Nouhihefz Abad, Moein Taheri Pages 227-234
    In this paper we developed and modeled elastic - plastic contact theories for soft spherical nano - bacteria to be applied in manipulation of various micro/nanobio particles based on atomic force microscopy. First, we simulated elastic contact for three types of nano - bacteria: S. epidermidis, S. salivarius and S. aureus, using Hertz contact model and finite element. Comparing simulation results of elastic contact with experimental data showed that considering elastic contact for simulating the contact of nano - bio particles is not appropriate and will yield incorrect results. Therefore, in this research, we tried to develop and simulate Chang elastic - plastic contact theory to be applied in simulation of contact mechanics for application in simulating manipulation. Comparing simulation of Chang contact theory with available experimental data and the results from contact simulation of Chen et al showed that Chang’s complete elastic - plastic theory yields desirable results. Comparing the diagram of contact radius in terms of indentation in Hertz and Chang theories showed that the created contact radius in elastic - plastic state is larger than contact radius in elastic state.
    Keywords: Manipulation, Elastic, plastic contact theories, Soft nanobacteria, Atomic force microscopy, Chang elastic, plastic contact theory
  • Abolfazl Darvizeh, Neda Shafiee, Mansour Darvizeh, Hamid Reza Habibollahi, Hamed Rajabi Pages 235-244
    This paper investigates the effects of constructional elements on the biomechanical behavior of desert locust hind wing. First, the microstructure of the insect wing is investigated using scanning electron microscope. The results of the scanning electron microscopy are used to develop finite element models of the wing with different constructional elements. The presented models are studied under the inertial and aerodynamic loads applied during flight and the obtained stresses and displacements are assessed. The results show that longitudinal veins, longitudinal and cross veins, corrugations, corrugations and longitudinal veins and finally a combination of corrugations and longitudinal and cross veins cause averagely 4, 25.75, 4.34, 184.54, 768.5 times decrease of the achieved principal stresses in comparison with a wing without the mentioned constructional elements. Constructional elements of the locust wing play an important role to uniform the pattern of stress distribution in the wing during flight. Further, the existence of the mentioned constructional elements causes a decrease in the variation of the stress within a stroke-cycle. In addition, it is shown that the inertia and aerodynamic forces have less effect on the wing deformation than the elastic ones. The results of this research may be helpful in the development of lightweight structures with high strength.
    Keywords: Finite Element Method, Microstructure, stress distribution, desert locust, constructional element
  • Shirko Faroghi, Mahdi Bamdad Pages 245-250
    In this paper, a new formulation is developed for nonlinear dynamic analysis of 2-D truss structures. This formulation is based on dynamics of co-rotational 2-D truss. The idea of co-rotational approach is to separate rigid body motions from pure deformations at the local element level. Using this approach, internal force vector and tangent stiffness matrix, inertia force vector and the tangent dynamic matrix are derived. Furthermore, the inertia force vector, tangent dynamic matrix, mass matrix and gyroscopic matrix are directly derived from the derivation of current orientation matrix with respect to global displacements or orientation matrixes. Using this new formulation, nonlinear response of any 2-D truss structures can be examined. Here, for example the response of tensegrity structures under dynamic loads are investigated. Tensegrity structures are a class of structural system composed of cable (in tension) and strut (in compression) components with reticulated connections, and assembled in a self-balanced fashion. These structures have nonlinear behaviour due to pre-stress forces. And their integrity is based on a balance between compression and tension. Two numerical examples are presented to illustrate the new formulation and results show that the new formulation has more convergence rate than the existing models.
    Keywords: Co, rotational approach, nonlinear dynamic analysis, tensegrity, dynamic loading, pre, stress
  • Hamed Aghajany, Mostafa Habibnia, Hamed Jamshidi Aval Pages 251-261
    In this article, effects of Friction stir welding tool rotational and traverse speeds were studied on the temperature distribution, material flow and formation of defects in the welding zone. Computational fluid dynamics method was used to simulate the process with commercial CFD Fluent 6.4 package. To enhance the accuracy of simulation in this Study, the welding line that is located between two workpieces, defined with pseudo melt behavior around the FSW pin tool. Simulation results showed that with increase of FSW tool rotational speed to linear speed, the material flow in front of tool became more and dimensions of the stir zone will be bigger. The calculation result also shows that the maximum temperature and stir of the material was occurred on the advancing side. The computed results showed that with incompetent heat generation, insufficient material flow caused around the pin and defects formed in weld root. The computed results were in good agreement with the experimental results of other researchers. Based on the welding parameters that used in this simulation, the maximum strain rate is predicted between -4(S-1) to +4(S-1) in the stir zone.
    Keywords: Friction Stir Welding, Computational Fluid Dynamics, Thermal simulation, Material flow
  • Mohammad Javad Mirnia, Bijan Mollaei Dariani Pages 262-270
    The single point incremental forming, which is appropriate for low volume production, is one of the simplest varieties of incremental sheet metal forming process. One of the critical issues with single point incremental forming is excessive thinning which affects the strength of the part and confines the applicability of the process to produce only parts with small wall angle. In this paper, multistage single point incremental forming of a truncated cone with 70° wall angle made from an aluminum alloy sheet is studied to alleviate excessive thinning. By proposing a new two-stage forming strategy and obtaining the corresponding parameters using an appropriate algorithm, it is shown that thinning and forming time can be improved through a systematic design of multistage forming. The implementation of the designed two-stage single point incremental forming leads to less thinning in the part when compared to either the two or three-stage single point incremental forming based on a conventional strategy. The bulging at the bottom of the part, which is one of the drawbacks of multistage single point incremental forming, can also be controlled by using the proposed strategy.
    Keywords: Single point incremental forming, multistage forming, thinning, forming strategy, simulation
  • Arman Hasanpoor, Khalil Alipour, Parisa Daemy, Bahram Tarverdizadeh Pages 271-281
    In this article, a novel intelligent online tip-over avoidance algorithm is presented considering the interactions between the mobile base and manipulator arm. To this end, the newly suggested dynamic stability margin measure named Moment-Height-Stability (MHS) is adopted. Additionally, a function representing the increment of postural stability margin metric is defined based on MHS. The system dynamic equilibrium is then enhanced using a fuzzy logic approach. The response of the suggested method of this paper is compared with that of a previously Force-Angle based proposed one considering a planar mobile manipulator. First the dynamics of the robot is derived using Newton-Euler method via MAPLE 16 and it is verified through the model provided in SimMechanics toolbox of Simulink. The efficiency of the suggested method is illustrated in comparison to the previous one on a destabilizing robot path. Besides, the performance of proposed method of the present study is investigated in the presence of external disturbances. The obtained simulation results reveal the effectiveness of the performance of the suggested technique for stability improvement of wheeled mobile manipulators once encountering unexpected disturbing situations.
    Keywords: Online Tip, Over Prevention, Wheeled Mobile Manipulator Stability, Moment, Height Stability, Fuzzy Logic, Forces, Angle Measure
  • Amirmasoud Bakhshi, Alireza Ariaei Pages 282-290
    An analytical method is developed to determine the effects of the frame angle on the behavior of multi span Timoshenko beams with flexible constraints subjected to a two degrees-of-freedom moving system. In a multi-span beam, there are discontinuities in each frame angle in addition to discontinuities in flexible constraints. The correlation among every segment can be obtained considering the compatibility equations in frame angles and cracks. Eigensolutions of the serial-frame system can be calculated explicitly, using the analytical transfer matrix method. The forced responses can be determined by the modal expansion theory using the eigenfunctions. The orthogonality of the mode shapes is applied to calculate the forced response. A new formulation is introduced and confirmed for the orthogonality of the mode shapes for the case of a beam with the frame angle. It is observed that the natural frequencies will be increased by increasing the frame angles, while the maximum deflection of the beam will be decreased. The crack modeling leads to lower natural frequencies and higher maximum deflection for the beam in compared with the no crack model. The validity of the developed technique is probed by comparing the results with the analytical results reported in other articles and those from numerical solutions.
    Keywords: Serial, frame structures, Crack, Timoshenko beam theory, Transfer matrix method, Moving system
  • Maryam Kamran, Noruz Nouri, Karim Mostafapur, Robab Bahadori Pages 291-298
    The measurement of hydrodynamic loads on submerged bodies is one of the principal uses of water tunnels. Due to the limitations of the water tunnel, an accurate force balance is necessary. This paper describes the design, fabrication and calibration of a new six-component force moment balance system for measuring the forces and moments acting on the model, in static and dynamic water tunnel testing. A balanced team performed many areas for designing balance system such as structural design, balance technology, design of calibration mechanism, balance calibration etc. A six-component balance, ability to measure the three elements of force and three components of moment simultaneously and instantly on cavitating and non- cavitating models in a water tunnel. The concept used in the balance design is the bending beam and the strain gage principle. The electrical signals are proportional to the forces applied to the model. By considering the relationship between the applied force and the balance’s output signal and by using the calibration models, the forces and moments exerted on the model in the water tunnel can measure directly. For calibrate multi component balance, a new six-degree of freedom calibration rig designed and constructed. The system is designed based on applicability of formal experimental design techniques, using gravity for balance loading and balance position and alignment relative to gravity. The six-component balance was calibrated by this rig. The standard error between the measured values and the values obtained from calibration model is less than 0.1 percent of maximum loading was achieved.
    Keywords: Force balance, strain gage, Calibration, Water tunnel
  • Said Ebrahimi, Vahid Rezania Pages 299-308
    This paper presents a comparative study on the dexterity and manipulability of three planar 1-RRR, 2-RRR and 3-RRR manipulators.After derivation of the Jacobian matrix of three manipulators, they are transformed to a homogeneous form to include components with homogenous physical units. The condition number of each Jacobian matrix is calculated. Since the condition number changes in general between 1 to ∞, its inverse is used for definition of the local condition index.A zero value for this index indicates that the Jacobian matrix is singular and consequently, the robot has the worse manipulability. On the other hand, the robot indicates the best manipulability and dexterity when this index is close to one. Furthermore, the effect of changing the platform angle on the local condition index is investigated. The manipulability of three manipulators is then compared to each other for the platform angle for which the maximum local condition index is resulted. The results show that the 3-RRR manipulator has a better dexterity than other manipulators at the platform angles less than 90 degree.For the angles greater than 90 degree, the 1-RRR manipulator has a greater local condition index which indicates more dexterity. Finally, the maximum local condition index is compared for each robot at its own workspace and common workspace of three robots.The results verify that this index has almost identical values for the already mentioned workspaces for each robot.Based on the manipulability distribution, the global condition index of theses robots are checked.The results confirm the superiority of the 3-RRR robot.
    Keywords: RRR planar manipulators, manipulability index, Jacobian matrix, workspace
  • Experimental investigation of cylindrical projectiles nose shape effects on high velocity perforation of woven polymer composite
    Erfan Mehrabani Yeganeh, Gholam Hosein Liaghat, Mohammad Hosein Pol Pages 309-318
    In this study, experimental tests were performed to evaluate the effects of axisymmetric cylindrical projectile nose shapes and initial velocities on ballistic performance of laminated woven glass epoxy composites. Projectile initial velocity and nose sharpness changes, absorbed energy, delamination area, etc. are investigated by six blunt, hemispherical, conical and ogival projectiles. Hand lay-up method has been used to manufacture composite targets with 18 layers of 2D woven glass fibers of 45% fiber volume fraction. The epoxy system is made of epon 828 resin with jeffamine D400 as the curing agent. The results show that the maximum influence of projectile geometry on target behavior, occurs in ballistic limit area. In this range of initial velocity, ogival (CRH=2.5) and Blunt projectiles show the best and the worst ballistic performance. The delamination area decreases as the projectile nose sharpness increases or its initial velocity decreases. Ballistic curves for different projectiles show that the difference between projectiles behavior decreases in higher impact velocities. Because of target shear failure in blunt projectile impact, the amount of target absorbed energy for this projectile is less than other projectiles in higher impact velocities away from ballistic limit velocity.
    Keywords: Projectile nose shape, ballistic perforation, energy absorption, residual velocity, woven composite