@article { author = {Kiaee, Hossein and Heidari, Hamidreza}, title = {Cooperative path planning for leader – follower formation of Multi UAV based on the minimum energy consumption for load transportation}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3327-3340}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.15994.6245}, abstract = {Today, unmanned aerial vehicles are highly considered for both military and commercial fields due to low cost, high maneuverability, and good survival. One of the most important design challenges of multi-unmanned aerial vehicle systems is mission planning. In the broad class of unmanned aerial vehicles, Quadrotor is an important member. The capabilities of this vehicle in load transportation has attracted the attention of many research groups around the world. In this paper, path planning based on the minimum energy consumption is studied for load transportation. The purpose of the present study is to investigate the effect of proposed cost function in order to obtain optimal path for transporting loads based on reducing the energy consumption of quadrotors. The results indicate the 35.29% energy consumption of multi unmanned aerial vehicle compared to the energy consumption of an individual quadrotor. This also leads to an increase in load carrying capacity. On the other hand, the leader- follower formation is preserved until the end of the path based on the defined relationships. The simulation results illustrate the power and efficiency of the method to overcome the high nonlinearity nature of the problem such as path optimization of multi-rotor helicopters.}, keywords = {path planning,cooperative robots,Quadrotor,Optimal control,Load transportation}, title_fa = {طراحی مسیر کوادروتورهای همکار به‌وسیله آرایش رهبر-پیرو بر مبنای کمترین انرژی مصرفی به منظور حمل بار}, abstract_fa = {امروزه وسایل هوایی بدون سرنشین به دلیل هزینه پایین، قدرت مانور بالا، بقای خوب در هر دو زمینه نظامی و تجاری مورد توجه بسیار قرار گرفته اند. هنگام تعیین یک مأموریت برای چنین سیستمهایی، طراحی مسیر، عنصر حیاتی کل سیستم است. در میان وسایل هوایی بدون سرنشین، کوادروتورها از اهمیت بیشتری برخوردارند. توانایی های این وسیله در حمل و نقل بار هوایی توجه بسیاری از گروههای تحقیقاتی در سراسر جهان را به خود جلب کرده است. در این پژوهش طراحی مسیر بر مبنای کمترین انرژی مصرفی به منظور حمل بار مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این پژوهش بررسی تأثیر تابع هدف پیشنهادی به منظور طراحی مسیر بهینه برای حمل بار بر مبنای کاهش انرژی مصرف شده کوادروتورها می باشد. نتایج بیانگر کاهش ۳۵/۲۹% میانگین انرژی مصرفی یک کوادروتور در حالت همکار نسبت به یک کوادروتور در حالت انفرادی بود. همچنین این موضوع نشانگر افزایش ظرفیت حمل بار در حالت گروهی می باشد. از سوی دیگر آرایش رهبر پیرو مورد نظر نیز با توجه به روابط تعریف شده ایجاد، و تا انتهای مسیر حفظ شده است. نتایج شبیه سازی قدرت روش و توانایی آن برای حل مسائل پیچیده نظیر طراحی مسیر حرکت کوادروتورهای همکار به منظور حمل بار را نشان می دهد.}, keywords_fa = {طراحی مسیر,ربات‌های همکار,کوادروتور,کنترل بهینه,انتقال بار}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3523.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3523_918ae0d9b565272f759adfe92d22214d.pdf} } @article { author = {Farrokh, Mojtaba and Fallah, Mohammad Reza}, title = {Determination of the Flutter Instability Boundary of a Composite Wing Using Support Vector Machine}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3341-3352}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.16011.6249}, abstract = {The main goal of this article is to train a support vector machine in order to determine the boundary of the composite wing aeroelastic instability. Aircraft wing is modeled as a cantilever beam with two degrees of freedom with thrust as a follower force and mass of the engine. For structural modeling of composite wing the layer theory has been used and in the aerodynamic model, the flow has been assumed to be unsteady, subsonic and incompressible. Using the assumed mode method, the wing dynamic equations of the motion have been derived by Lagrange equations. Linear flutter speed according to the eigenvalues of the motion equations has been calculated. The process of flutter speed calculation has been converted to a computer code in which the number of layers, angle of fibers in each layer, the mass of the engine, and the thrust are input variables and the flutter speed is its output. Determination of the instability boundary using this conventional method is time consuming. In this article, a support vector machine has been adopted to reduce the calculation cost. The results indicate that support vector machine can be used in determining the boundary of the wings flutter instability as an accurate and fast tool.}, keywords = {Aeroelasticity,Flutter,Composite wing,Support Vector Machine}, title_fa = {تعیین مرز ناپایداری فلاتر بال کامپوزیتی با استفاده از ماشین بردار پشتیبان}, abstract_fa = {هدف از این مقاله، آموزش ماشین بردار پشتیبان برای تعیین مرز ناپایداری آیروالاستیک فلاتر یک بال کامپوزیتی می‌باشد. بال هواپیما به صورت یک تیر دارای دو درجه آزادی و یک سر گیردار به همراه نیروی پیشران تعقیب کننده و جرم موتور مدل شده است. برای مدل‌سازی بال کامپوزیتی از تئوری لایه‌ای و مدل‌سازی آیرودینامیکی از تئوری جریان ناپایا با فرض جریان مادون صوت و تراکم ناپذیر در حوزه‌ی زمان استفاده شده است. معادلات حاکم بر حرکت بال با استفاده از روابط لاگرانژ و در نظر گرفتن مدهای فرضی استخراج گردیده‌اند. سرعت فالاتر خطی نیز با توجه به روش مقدار ویژه محاسبه گردیده است. فرآیند محاسبه سرعت فلاتر به صورت کد نرم‌افزاری تهیه شده است که این کد با توجه به تعداد لایه‌ها، زاویه الیاف در هر لایه، جرم موتور و نیروی پیشران قادر به محاسبه سرعت فلاتر می‌باشد. با توجه به اینکه زمان محاسبات برای تحلیل سرعت فالتر بالا بوده، در این مقاله برای کاهش هزینه محاسبات از روش ماشین بردار پشتیبان استفاده شده است. جهت آموزش ماشین بردار پشتیبان از تعداد نقاط محدودی که بیانگر ناحیه امن و ناامن می‌باشد، استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهد که ماشین بردار پشتیبان می‌تواند به عنوان یک ابزار دقیق و سریع در تشخیص مرز ناپایداری فلاتر بال‌ها باشد.}, keywords_fa = {آیروالاستیسیته,فلاتر,بال کامپوزیت,ماشین بردار پشتیبان}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3553.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3553_472fb24cd8309a1fc15429e78b9a28c0.pdf} } @article { author = {Navabi, M. and hosseini, shahram and shanei, Hadi}, title = {Rapid and optimal design of a tail-sitter VTOL ducted fan using a neural network and PSO algorithm}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3353-3368}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.16388.6352}, abstract = {Considering the optimal performance and new applications of the ducted fans, especially in unmanned aerial vehicle missions, this paper aims to provide an optimal and rapid method for designing aerial vehicles based on new mathematical and analytical tools which improved and accelerated many of the long engineered processes. In this new fast design method, an initial design is carried out based on the momentum theory. Then by connecting the matrix laboratory and a ducted fan design code software, several optimal design schemes for the duct are extracted by the particle swarm optimization and direct algorithm. The parameters search domain in the algorithm is obtained from the initial design with the momentum theory method and the various results of optimization software, in the case. Finally, in order to obtain the final duct design, according to the optimized information, a multilayer perceptron neural network using an error backpropagation algorithm is trained which in order to obtain the optimal training samples and the network output validations, the neural network is trained and test by 28 airfoils sample. In the redesign loops, without a time-consuming optimization, the trained neural model can extract the duct parameters very quickly, based on the constraints of structure, control design, and mission targets. }, keywords = {Optimal Design,Ducted Fan,Particle Swarm,Neural Network,Back propagation}, title_fa = {طراحی سریع و بهینه پرنده داکت‌فن عمودپرواز دم‌نشین با استفاده از شبکه عصبی و الگوریتم ازدحام ذرات}, abstract_fa = {با توجه به عملکرد بهینه و کاربردهای نوین داکت‌فن‌ها به‌ویژه در مأموریت‌های پهپادی، هدف این مقاله ارائه روشی بهینه و سریع برای طراحی این پرنده‌ها بر اساس ابزارهای نوین ریاضی و تحلیلی است که در سال‌های اخیر موجب بهبود و تسریع بسیاری از فرایند‌های زمان‌بر مهندسی شده است. در این روش طراحی جدید که تمرکز آن بر افزایش سرعت طراحی است، ابتدا با استفاده از روش تئوری مومنتوم، طراحی اولیه‌ای انجام می‌گیرد و اولین تقریب برای ابعاد مقاطع مختلف داکت‌فن مانند قطر دهانه ورودی و خروجی، توان و نیروی رانش مشخص می‌شود. سپس با استفاده از اتصال نرم‌افزار MATLAB و یک نرم‌افزار طراحی داکت‌فن با عنوان کد طراحی داکت‌فن (DFDC)، با استفاده از ایرفویل‌های مختلف، چندین طرح بهینه برای داکت‌فن، با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات و بهینه‌سازی مستقیم استخراج می‌شود. دامنه جستجوی فضای بهینه‌سازی در این الگوریتم، از طراحی اولیه با روش تئوری مومنتوم و خرو‌جی‌های متعدد مشاهده شده از نرم‌افزار DFDC به دست می‌آید. در گام آخر یک شبکه عصبی پرسپترون چندلایه به وسیله الگوریتم پس انتشار خطا بر طبق اطلاعات به‌دست‌آمده از بهینه‌سازی‌ها آموزش می‌بیند. این شبکه عصبی با استفاده از چندین نمونه ایرفویل مختلف آموزش داده و سپس صحت سنجی می‌شود. بر اساس دقت مورد نیاز تعداد نمونه کافی برای آموزش نیز استخراج می‌گردد. شبکه به دست آمده برای طراحی سریع و بهینه یک پرنده جدید قابل استفاده خواهد بود.}, keywords_fa = {طراحی بهینه,داکتفن,ازدحام ذرات,شبکه عصبی,پس انتشار خطا}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3656.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3656_3e4cf58e4733c4574e967b17bbad1bd5.pdf} } @article { author = {Mohamamdi, Adel and Nariman-zadeh, Nader and Jamali, Ali}, title = {Single and Multi-objective Optimal Control Design by Genetic Programming and Comparison with Riccati Equation Solutions}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3369-3382}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.16014.6258}, abstract = { Gaining the function of control signal that transfer the system states from initial to desired final conditions is one of the main issues related to the optimal control of modern systems. Optimal control signal is usually obtained by numerical solution (such as dynamic programming algorithm) or analytical solution (like Hamilton-Jacobi-Bellman or Riccati equations approaches) of a single-objective performance index which is a weighted combination of control effort and the fitness of system’s states. However, choosing proper weight coefficients in these approaches needs a lot of trial and error in addition to experience. In this papers, such time consuming procedures are eliminated by using Genetic programming in single and multi-objective optimization process to find those closed-form mathematical solutions of optimal control problems. In this way, it would be readily possible to trade-off among the objective functions using the obtained pareto-front of those solutions based on the needs of the control system designer. It will be shown that in the case of same weighting factors, the solution of the Riccati equation would also be obtained using the approach of this paper}, keywords = {Optimal control,Genetic Programming,Multi-objective optimization,Pareto front,Quadratic performance index}, title_fa = {طراحی‌ تک‌هدفه‌ و چندهدفه‌ سیستم‌های کنترل بهینه‌ با استفاده از برنامه‌ریزی ژنتیکی‌ و مقایسه‌ آن با حل‌ تحلیلی‌ معادله‌ ریکاتی‌}, abstract_fa = {بدست‌ آوردن ساختار ریاضی‌ سیگنال کنترلی‌ که‌ بتواند حالت‌های سیستم‌ را از حالت‌ ابتدایی‌ به‌ حالت‌ نهایی‌ مطلوب برساند یکی‌ از مهم‌ترین‌ مباحث‌ در حوزه کنترل بهینه‌ سیستم‌های مدرن می‌باشد. به‌طور معمول سیگنال کنترلی‌ بهینه‌ با حل‌ یک‌ شاخص‌ تک‌هدفه‌ که‌ ترکیبی‌ از تلاش کنترلی‌ و شاخص‌هایی‌ از حالت‌های سیستم‌ با استفاده از ضرایب‌ وزنی‌ می‌باشند، با استفاده از روشهای عددی مانند برنامه‌ریزی دینامیکی‌ و یا از روشهای تحلیلی‌ عددی مانند هامیلتون-جاکوبی‌-بلمن‌ و یا معادلات ریکاتی‌ بدست‌ می‌آید. از آنجایی‌ که‌ انتخاب ضرایب‌ وزنی‌ مناسب‌ در روشهای متداول بهینه‌سازی مستلزم آزمون و خطا می‌باشد. در این‌ مقاله‌ با استفاده از برنامه‌ریزی ژنتیکی‌ و بدون استفاده از هرگونه‌ روش تحلیلی‌، ضرایب‌ وزنی‌ حذف و معیارهای بهینگی‌ شامل‌ تلاش کنترلی‌ و خطای مسیر متغیر حالت‌ جداسازی می‌شوند و درنتیجه‌ مسائل‌ بهینه‌سازی تک‌هدفه‌ به‌ چندهدفه‌ ارتقا می‌یابند. درواقع‌ با استفاده از برنامه‌ریزی ژنتیکی‌ در این‌ مقاله‌ و با کمک‌ پردازش موازی علاوه بر اینکه‌ می‌توان به‌ فرم تحلیلی‌ حل‌ معادلات ریکاتی‌ در مسائل‌ تک‌هدفه‌ به‌عنوان سیگنال کنترلی‌ بهینه‌ دست‌ یافت‌، در بهینه‌سازی چندهدفه‌ امکان مصالحه‌ توابع‌ هدف با توجه‌ به‌ نمودارهای پارتو بدست‌ آمده، توسط‌ طراح امکانپذیر خواهد بود.}, keywords_fa = {کنترل بهینه‌,برنامه‌ریزی ژنتیکی‌,بهینه‌سازی چندهدفه‌,جبهه‌ پارتویی‌,شاخص‌ عملکرد خطی‌ درجه‌ دوم}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3601.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3601_09d4a76649a8d705ed2f3e2a40a451bb.pdf} } @article { author = {Ghafouri, Fateme and Honarvar, Mohammad Hadi and Jalili Bahabadi, Mohammad Mahdi}, title = {Simultaneous Optimization of a Convex Sole as a Foot and Hip Trajectory for a Biped Robot with an Ankle without an Additional Degree of Freedom}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3383-3396}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.16121.6282}, abstract = {Foot geometry greatly affects gait characteristics and it determinants. This research deals with analyzing gait when foot-ground contact occurs on a convex curve namely sole curve. Designing sole curve is also included in this work, targeting least energy consumption during walking on a flat ground. The famous point mass model has been improved to a model with a moving contact point on a convex sole without adding an extra degree of freedom. As the convex sole is added to the model, motion reconstruction is needed because of the effects of the model’s geometry on optimized gait cycle. Therefore, in this research, simultaneous optimization has been done to find the optimized sole shape and hip trajectory. To avoid high computational cost, optimization variables have been coded into vectors with limited dimensions and obtained by using particle swarm optimization and steepest descent algorithm together. Kinematic constraints and requirements of a continues, repetitive and symmetrical locomotion have been driven and satisfied during optimization. The results have been shown that optimization of the sole shape and hip trajectory has great effects on the cost function}, keywords = {Gait cycle,Sole,energy consumption,optimization}, title_fa = {بهینه‌ سازی همزمان منحنی‌ محدب کف‌ پا و سیکل‌ راه رفتن‌ در یک‌ راه رونده دو پا با مچ‌ بدون درجه‌ آزادی اضافه‌}, abstract_fa = {هندسه‌ ناحیه‌ تماس اندام حرکتی‌ تحتانی‌ با زمین‌ اهمیت‌ قابل‌ توجهی‌ در مشخصه‌های سیکل‌ راهرفتن‌ دارد. در پژوهش‌ حاضر، طراحی‌ و تحلیل‌ منحنی‌ محدب کف‌ پا در سیکل‌ راه رفتن‌ با هدف دستیابی‌ به‌ کمینه‌ انرژی مصرفی‌ در راهرفتن‌ روی سطح‌ افقی‌ صورت گرفته‌ است‌. به‌ این‌ منظور، مدل معروف جرم متمرکز با نقطه‌ تماس ثابت‌ به‌ مدلی‌ با نقطه‌ تماس متحرک بر روی یک‌ منحنی‌ به‌ نام منحنی‌ کف‌ پا و بدون درجه‌ آزادی اضافه‌ توسعه‌ یافته‌ است‌. با توجه‌ به‌ متأثر بودن سیکل‌ راهرفتن‌ بهینه‌ از هندسه‌ مدل، افزودن منحنی‌ کف‌ پا بازسازی سیکل‌ راه رفتن‌ را الزام می‌کند. در نتیجه‌ در این‌ پژوهش‌، بهینه‌سازی همزمان برای یافتن‌ ترکیب‌ بهینه‌ منحنی‌ محدب کف‌ پا و سیکل‌ راه رفتن‌ انجام شده است‌. برای اجتناب از هزینه‌ محاسباتی‌ بسیار بزرگ برای حل‌ عددی، متغیر طراحی‌ از توابع‌ پیوسته‌ به‌ برداری با بعد محدود کد شده و در دو حلقه‌ تو در تو با روشهای ازدحام ذرات و تندترین‌ کاهش‌ حل‌ شده است‌. قیود سینماتیک‌ و الزامات مربوط به‌ حرکت‌ تکراری، پیوسته‌ و متقارن استخراج شده و در روند بهینه‌سازی ارضا شده است‌. نتایج‌ شبیه‌سازی نشان داده است‌ که‌ اثر بهینه‌سازی همزمان هندسه‌ و مسیر در تابع‌ هزینه‌ بسیار چشمگیر است‌.}, keywords_fa = {سیکل راه رفتن,منحنی کف پا,مقدار مصرف انرژی,بهینه‌سازی}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3621.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3621_69194b00022cce4378a6f622d8711261.pdf} } @article { author = {Ghadiri, Mohammad Hosein and Rastegari, Rambod}, title = {Design and Kinematics Analysis of a Novel Cable Driven Parallel Active Joint}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3397-3410}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.16308.6332}, abstract = {Cable driven parallel mechanisms have a vast range of advantages and application due to their minimal mass and inertial effects. Normally they consist an outer fixed frame and an inner mobile platform. In this paper, a completely novel configuration of these mechanisms has been presented. In this configuration outer frame is considered as mobile platform and inner frame has been fixed. The mobile frame is attached to the fixed frame by the 8 cables and moves through the tensioning and lengthening of the cables. This new structure can be applied to the wrist mechanism, motion simulators, power balances, haptic interfaces, and etc. Since the parallel mechanism is a closed system, forward kinematics cannot be solved analytically. Several methods can be used to solve the forward kinematic of parallel mechanisms, including numerical optimization methods, in which the Newton-Raphson numerical method is used here. cables must always be in tension. Hence, a tension optimization algorithm is presented and, by solving this algorithm for all possible positions, the workspace of the mechanism is obtained. The results show that the Newton-Raphson method has an appropriate convergence rate and the tension algorithm is capable of determining the forces of the cables in the desired range.}, keywords = {Active joint,cable driven parallel mechanism,direct and reverse kinematics,Newton-Raphson method,tension distribution}, title_fa = {تحلیل سینماتیک و فضای کاری یک مفصل فعال نوین با بهره گیری از مکانیزم موازی کابلی}, abstract_fa = {در این مقاله ساختار یک مکانیزم مفصل فعال نوین شش درجه آزادی با بهره گیری از مکانیزم های موازی کابلی طراحی، تحلیل و ارائه می شود. این مفصل از دو قاب ثابت و متحرک تشکیل شده است و برخلاف تمامی مکانیزم های موازی کابلی رایج، در اینجا برای اولین بار، قاب بیرونی متحرک و قاب داخلی ثابت در نظر گرفته شده است. قاب متحرک توسط 8 کابل تحت کشش به قاب ثابت متصل شده است و با تغییر نیروی کششی و طول کابل ها حرکت می کند. این ساختار کاملا جدید امکان بکارگیری در مکانیزم مچ، بالانس های نیرو، رابط های هاپتیک و غیره فراهم می سازد. از آنجا که مکانیزم موازی یک سیستم حلقه بسته است و معادلات آن نسبت به متغیرهای فضای دکارتی قابل جداسازی نیستند، سینماتیک مستقیم آن به راحتی و به صورت تحلیلی قابل حل نیست. برای حل سینماتیک مستقیم مکانیزم های موازی تاکنون روش های متعددی از جمله روش‌های بهینه‌سازی و عددی ارائه شده است که در اینجا روش عددی نیوتن رافسون بکار گرفته شده است. به علت خاصیت ذاتی، کابل ها باید همواره تحت کشش قرار داشته باشند. برای این منظور یک الگوریتم بهینه سازی مقدار کشش، ارائه شده است و با حل این الگوریتم برای تمامی موقعیت های ممکن قاب متحرک، فضای کاری مکانیزم بدست آمده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد روش نیوتن رافسون دارای سرعت همگرایی مناسبی بوده و الگوریتم کشش به خوبی قادر است نیروهای کابل ها را در بازه دلخواه تعیین کند.}, keywords_fa = {مفصل فعال,مکانیزم موازی کابلی,سینماتیک مستقیم و معکوس,روش نیوتن-رافسون,توزیع کشش}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3628.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3628_72a4242e2b19fd583f40d0964ca2e16e.pdf} } @article { author = {Khan Kalantari, saeid and Izadi, Iman and Sheikholeslam, Farid}, title = {Design of Three-dimensional Robust Guidance Law Using Adaptive Dynamic Programming with Input Saturation Constraint}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3411-3424}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.16834.6451}, abstract = {In this paper, a three-dimensional robust guidance law for an interceptor considering input saturation and first-order dynamic for the autopilot system is designed. To attain this goal, first, modeling of the system in three-dimensional spherical coordination using engagement basics has been derived and after that, the appropriate cost function for a collision of interceptor and target considering actuator constraints and in absence of target movement information has been formulated. According to robust control literature for achieving this type of guidance laws, Hamilton-Jacobi-Isaacs differential equation inequality should be solved which unfortunately does not have a closed-form solution in our problem. Therefore, to overcome this challenge, using adaptive dynamic programming theory for solving acquired Hamilton-Jacobi-Isaacs, an algorithm for designing robust guidance law has been presented. Simplification of the differential inequality and also satisfying the robustness of the controller to different unknown target movemnts, are the most important features of the proposed algorithm. Various simulations for targets with different movements and comparison of the proposed method with conventional augmented proportional navigation, show the effectiveness of the designed three-dimensional robust guidance law.}, keywords = {Guidance law,Interception,Robust Control,adaptive dynamic programming}, title_fa = {طراحی قانون هدایت مقاوم سه‌بعدی با رویکرد برنامه‌ریزی پویای تطبیقی و درنظرگرفتن اشباع ورودی}, abstract_fa = {در این مقاله، قانون هدایت مقاوم در فضاى سه بعدى براى هدایت رهگیر زمین به هوا با درنظرگرفتن محدودیت اشباع در ورودى هاى سیستم به همراه دینامیک مرتبۀ اول براى سیستم خودخلبان به منظور ارتقاء عملکرد سیستم هاى تدافعى ارائه مى شود. براى دست یابى به این هدف، ابتدا مسئلۀ موردمطالعه در دستگاه مختصات سه بعدى کروى مدل سازى شده و پساز آن با استفاده از اصول هندسۀ درگیرى براى دست یابى به برخورد رهگیر و هدف، تابع هزینۀ مناسب با درنظرگرفتن محدودیت ورودى و عدم اطلاع از شتاب هدف، فرمول بندى مى شود. پس از آن نشان داده مى شود که حل مسئلۀ موردنظر با استفاده از ادبیات طراحى کنترل مقاوم، نیازمند حل نامساوى معادلۀ دیفرانسیلى همیلتون ـ ژاکوبى ـ ایزاک است که براى مسئلۀ موردمطالعه جواب بسته ندارد. ازاین رو براى غلبه بر این مشکل، با استفاده از نظریۀ برنامه ریزى پویاى تطبیقى، یک الگوریتم حل مسئله براى طراحى قانون هدایت مقاوم پیشنهاد مى شود که از ویژگى هاى آن، ساده شدن حل نامساوى دیفرانسیلى به همراه تضمین عملکرد مقاوم کنترل کننده در مقابل شتاب هدف است. شبیه سازى هاى انجام شده براى اهداف با قدرت مانورهاى مختلف و مقایسۀ عملکرد قانون پیشنهادى با روش مرسوم هدایت تناسبى افزوده شده، نشان دهندة کارایى مناسب قانون هدایت مقاوم سه بعدى طراحى شده است.}, keywords_fa = {قانون هدایت,رهگیر,کنترل مقاوم,برنامه‌ریزی پویای تطبیقی}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3634.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3634_58a0a7829e3c14c6a3dbb8913ba44435.pdf} } @article { author = {Aghayari, Jafar and safarpour, pedram and Rahi, Abbas and bab, saeed}, title = {Optimal Vibration Reduction of the Flexible Shaft-Disk-Blades System Using a Set of Nonlinear Energy Sink}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3425-3444}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.16274.6319}, abstract = {In this paper, the application of nonlinear energy sinks for indirect vibration reduction of the blades in a flexible shaft-disk-blades system of a real steam turbine is conducted. 37 packets of seven-connected blades are mounted on the disk. The cyclic symmetric finite element analysis is employed to perform frequency analysis of this system. For the 11th mode, which is a combination of the second bending mode of shaft and the third bending mode of disk-blades, a two degrees of freedom reduced order model is identified. Nonlinear energy sinks with a small mass, an essential nonlinear stiffness and a linear damping are installed on the reduced order model in the anti-node position of the disk. The Runge-Kutta method is used to solve the nonlinear equations of motion numerically. Optimum stiffness and damping of the absorbers are determined to minimize the vibration amplitude of the blades. The results show that the occurrence of strongly modulated response around the resonance leads to the desired vibration reduction of the blades. If the absorbers have large nonlinear stiffness or low damping, a saddle-node bifurcation and a wide island is appeared in the negative detuning frequencies, and the blade could experience large amplitude periodic oscillation.}, keywords = {Flexible shaft-disk-blades,Nonlinear Energy Sink,cyclic symmetry,frequency diagram,Strongly modulated response}, title_fa = {کاهش بهینه ارتعاشات سیستم شفت-دیسک-پره انعطاف پذیر با استفاده از مجموعه چاه های غیرخطی انرژی روی دیسک}, abstract_fa = {در این مقاله کاربرد چاه غیرخطی انرژى در کاهش غیرمستقیم ارتعاشات  پرههاى سیستم شفت-دیسک-پره  انعطافپذیر نمونه توربین بخارى واقعی با نصب روى دیسک بررسی  می شود. ٧٣ مجموعه هفت عددى پره متصل به هم در شراد به دور دیسک نصب  شدهاند. از تحلیل المان محدود مدل متقارن  چرخهاى شفت-دیسک-پره براى استخراج مدهاى طبیعی و نمودار فرکانسی استفاده  می شود. مدل  چرخهاى شامل یک مجموعه  هفت پرهاى و برشی از دیسک-شفت است. براى دومین مد فرکانسی ترکیبی که مد خمشی دوم شفت و سوم دیسک-پره است، مدل کاهش مرتبه ٢ درجه آزادى با قابلیت  مدلسازى  نرمشوندگی فرکانسی سیستم شناسایی  می شود. چاه غیرخطی انرژى که شامل یک جرم کوچک، فنر الزاماً غیرخطی و میرایی خطی است روى این مدل در محل جرم مودال دیسک-شفت نصب  می شود. براى حل معادلات غیرخطی سیستم از حل عددى به روش رانگ-کوتا استفاده و پارامترهاى ضریب سفتی و میرایی براى حداقل سازى دامنه ارتعاش پره بهینه  میگردد. نتایج تحلیل، وقوع پاسخ مدوله قوى در  بازهاى حول رزونانس و کاهش مطلوب دامنه ارتعاش پره را نشان  میدهد. سیستم به سفتی غیرخطی حساس است و در ضریب سفتی بزرگ و یا  میراییهاى کوچک، انشعابی زین اسبی در نزدیک رزونانس ایجاد و امکان پاسخ نوسانی ساده دامنه بزرگ وجود خواهد داشت.}, keywords_fa = {شفت-دیسک-پره انعطاف‌پذیر,چاه غیرخطی انرژی,تقارن چرخه‌ای,نمودار فرکانسی,پاسخ مدوله قوی}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3639.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3639_c6dad0a8861774cbab0227d90f339e6f.pdf} } @article { author = {Arvin, Hadi}, title = {Nonlinear Flapping-Torsional Free Vibration Analysis of Rotating Beams Considering the Coriolis Force}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3445-3462}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.16013.6251}, abstract = {The nonlinear free flapping-torsional vibration of rotating beams is investigated in this paper. The presented equations are based on the exact geometrical formulation in conjunction with the Cosserat theory for rods. The equations of motion are reduced to the flapping and torsional equations of motion for symmetric rectangular beams by neglecting the shear deformation. The governing equations are coupled to each other with the non-homogenous boundary conditions. By employing the direct method of multiple scales the effective nonlinearity coefficients of nonlinear natural frequencies are extracted. After validation of the current results, the effects of the rotating speed on the type and the value of the effective nonlinearity coefficient of natural frequencies are examined. The sign of the effective nonlinearity coefficient demonstrates the softening or hardening treatment of the corresponding nonlinear natural frequencies. It is concluded that ignoring the flapping-torsional coupling due to the Coriolis force, for odd modes makes some errors in the magnitude of effective nonlinearity but the type of nonlinearity is predicted correctly. On the other hand, in the even modes for average to high rotation speed in addition to incorrect estimation of the magnitude of effective nonlinearity the different type of nonlinearity is also predicted.}, keywords = {Rotating beams,Exact geometrical formulation,Coriolis force,Effective nonlinearity coefficient,Method of Multiple Scales}, title_fa = {ارتعاشات آزاد غیرخطی عرضی-پیچشی تیرهای چرخان با در نظر گرفتن نیروی کریولیس}, abstract_fa = {در این مقاله به بررسی ارتعاشات آزاد غیرخطی عرضی-پیچشی تیرهای چرخان پرداخته میشود. معادلات ارائه شده بر مبنای فرمولاسیون دقیق هندسی بوده که بر اساس تئوری کوزرات برای میله ها استخراج گردیده اند. با صرفنظر از اثر تغییرشکل برشی، دو معادله عرضی و پیچشی برای تیرهای مستطیلی متقارن بدست می آید. این معادلات با یکدیگر کوپل بوده و دارای شرط های مرزی غیرهمگن نیز می باشند.   با اعمال روش مستقیم مقیاس های چندگانه رابطه ضریب غیرخطی مؤثر در فرکانس های طبیعی غیرخطی استخراج می گردد. سپس با مقایسه نتایج فرکانس غیرخطی با نتایج موجود در مقالات دیگر نتایج حاضر تایید می گردند. پس از آن به بررسی تأثیر سرعت چرخش بر علامت و مقدار ضریب غیرخطی مؤثر در فرکانس های طبیعی پرداخته می شود. علامت ضریب غیرخطی مؤثر نوع نرم شوندگی و سخت شوندگی فرکانس طبیعی غیرخطی را نشان می دهد. مشاهده میگردد که با در نظر نگرفتن کوپل پیچش و خمش ناشی از نیروی کریولیس با وجود آنکه در مودهای فرد حرکت عرضی علامت ضریب غیرخطی مؤثر یکسانی پیش بینی می گردد اما مقدار ضریب غیرخطی مؤثر متفاوت حاصل می شود. از طرف دیگر در مودهای زوج عرضی و در سرعت بالا علاوه بر مقدار ضریب غیرخطی مؤثر، علامت ضریب غیرخطی مؤثر نیز متفاوت پیش بینی می گردد.}, keywords_fa = {تیرهای چرخان,فرمولاسیون دقیق هندسی,نیروی کریولیس,ضریب غیرخطی مؤثر,روش مقیاس های چندگانه}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3525.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3525_0993f3561f77e70e2f00b7344ed4f4dc.pdf} } @article { author = {Sepehry, Naserodin and Ehsani, Mohammad and Shamshirsaz, Mahnaz}, title = {Free and Forced Vibration Analysis of Piezoelectric Patches Based on Semi-Analytic Method of Scaled Boundary Finite Element Method}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3463-3484}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.16027.6255}, abstract = {Development of a precise mathematical model of piezoelectric patches plays an important role in comprehending their operational mechanisms as well as developing new techniques based on their coupled electro-mechanical behavior. While, high computational cost of available numerical methods which are able to simulate vibrational behavior of piezoelectric patches, especially at high frequencies, is considered as a serious challenge in this area. The purpose of this study is to use a novel semi[1]analytical method, called Scaled Boundary Finite Element Method, to analyze free and forced vibration of piezoelectric patches. In order to evaluate the accuracy of this method in modeling of different problems occurred in structural health monitoring and fracture mechanics, the free and forced vibration of a piezoelectric patch, a piezoelectric patch attached to an aluminum structure, a piezoelectric patch with a circular hole and a cracked piezoelectric patch was analyzed as four case studies. Comparison of convergence rate of scaled boundary finite element method and finite element method indicates that the former provides exact results with much less degrees of freedom. In addition, proper matching of results demonstrates the capability of scaled boundary finite element method to model a variety of problems accurately at a very low computational cost.}, keywords = {SCALED BOUNDARY FINITE ELEMENT METHOD,Electro-mechanical coupled field,Vibration,PIEZOELECTRIC PATCH,finite element method}, title_fa = {تحلیل ارتعاشات آزاد و اجباری مواد پیزوالکتریک مبتنی بر روش نیمه‌تحلیلی اجزاء محدود با مرز مقیاس شده}, abstract_fa = {امروزه استفاده از مواد پیزوالکتریک به‌عنوان گونه‌ای از مواد هوشمند در صنایع مختلف توسعه چشمگیری داشته است. مدل‌سازی دقیق رفتار این مواد، نقش مهمی در درک مکانیزم عملکردی و همچنین گسترش روش‌های جدید مبتنی بر رفتار وابسته الکتریکی-مکانیکی آن‌ها ایفا می‌کند. این در حالی است که هزینه بالای محاسباتی روش‌های عددی موجود برای شبیه‌سازی رفتار ارتعاشی مواد پیزوالکتریک، به‌خصوص در فرکانس‌های بالا، از چالش‌های جدی این حوزه محسوب می‌شود. هدف از این پژوهش استفاده از یک روش نیمه‌تحلیلی نوین موسوم به روش اجزاء محدود با مرز مقیاس‌شده به‌منظور تحلیل ارتعاشات آزاد و اجباری وصله‌های پیزوالکتریک است. ترکیب اصول حاکم بر دو روش عددی اجزاء محدود و اجزاء مرزی در روش حاضر، امکان تحلیل هرگونه معادله مشتق جزئی را به‌صورت نیمه‌تحلیلی با هزینه محاسباتی بسیار پایین‌تر نسبت به روش اجزا محدود را فراهم می‌کند. به‌منظور ارزیابی دقت این روش در مدل‌سازی مسائل مختلف مانند رفتار ماده پیزوالکتریک در مسائل پایش سلامت و همچنین مکانیک شکست، 4 مسئله موردی شامل ارتعاشات آزاد و اجباری وصله پیزوالکتریک، وصله پیزوالکتریک متصل به سازه آلومینیومی، وصله پیزوالکتریک سوراخ‌دار و وصله پیزوالکتریک ترک‌خورده مورد تحلیل قرار گرفت. مقایسه نرخ همگرایی روش‌های اجزاء محدود با مرز مقیاس شده و اجزاء محدود نشان از دستیابی به نتایج دقیق به ازای تعداد درجات آزادی بسیار کمتر در روش اول دارد. به‌علاوه، تطابق مناسب نتایج حاصل از این دو روش، نشان از قابلیت روش اجزاء محدود با مرز مقیاس‌شده در مدل‌سازی انواع مسائل با هزینه محاسباتی بسیار پایین دارد.}, keywords_fa = {اجزاء محدود با مرز مقیاس‌شده,نیمه‌تحلیلی,ارتعاشات,پیزوالکتریک,المان محدود}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3547.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3547_b7c5e4266d6cec4c6059827c5170cbae.pdf} } @article { author = {arabi, habib and Bagheri, Ahmad and Zarepour, Gholamreza}, title = {Transient Response of Annular Sandwich Plate with Functional Graded Core Combined with Piezoelectric Layers}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3485-3502}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.15617.6172}, abstract = {In this study, the transient response of the symmetric annular sandwich plate, with functionally graded core and piezoelectric layers, is investigated. It is also assumed that the sandwich plate is under external harmonic force and electrical voltage. Based on the power function model, it is assumed that the properties of the core material vary in the direction of the core thickness. To express the displacement field, the third order shear deformation theory is used. By use of the Hamilton principle, the structural equations are obtained in terms of displacement components and solved using the differential quadrature method. Finally, the time response is evaluated in terms of variations in effective parameters such as internal radius, power function index, core thickness and external voltage. The simulation results showed that the amplitude of the oscillations decreases when the internal radius of plate to be increased, in the desired time interval. In addition, by increasing the index parameter of the power function, the time response range increases. Finally, by applying external electrical voltage, the vibration amplitude of plate reduced and this advantage is used in control of vibrating systems.}, keywords = {Transient time response,Electro-mechanical loading,annular sandwich plate,functional graded material,piezoelectric layers,Differential quadrature method}, title_fa = {پاسخ زمانی ورق ساندویچ حلقوی ساخته شده از مواد مدرج تابعی ترکیب شده با لایه های پیزوالکتریک}, abstract_fa = {در این پژوهش به بررسی پاسخ زمانی ساندویچ ورق حلقوی متقارن که دارای هسته تشکیل شده از مواد تابعی و لایه‌های پیزوالکتریک است، پرداخته می‌شود. ورق ساندویچی به طور همزمان تحت بارگذاری نیروی مکانیکی هارمونیک و ولتاژ الکتریکی خارجی است. براساس مدل تابع توانی، فرض شده است که خواص مواد بکار رفته در هسته در جهت ضخامت هسته متغیر میباشد. همچنین برای بیان میدان جابجایی، به دلیل ضخیم بودن هسته مرکزی ساخته شده از مواد تابعی، از تئوری برشی مرتبه سوم که اثرات نیروهای برشی را درنظر می‌گیرد استفاده شده است. در ادامه با استفاده از اصل همیلتون معادلات ساختاری بر حسب ترم‌های جابجایی بدست آمده و با استفاده از روش عددی تفاضلات مربعی حل شده است. نهایتا پاسخ زمانی برحسب تغییرات پارامترهای موثر مثل شعاع داخلی، ایندکس تابع توانی، ضخامت هسته و ولتاژ خارجی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که با افزایش شعاع داخلی دامنه نوسانات در بازه زمانی مورد نظر کاهش می‌یابد. بعلاوه با افزایش پارامتر ایندکس تابع توانی، دامنه پاسخ زمانی افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش ایندکس تابع توانی پاسخ ورق به یک مجانب میل می‌کند که نشان دهنده هسته کاملا فلزی می‌باشد. به علاوه افزایش ولتاژ اعمالی می‌تواند دامنه ورق را نسبت به حالت نامی به صورت خطی افزایش دهد. در نهایت مشاهده می‌گردد که با اعمال ولتاژ الکتریکی خارجی به خوبی می‌توان دامنه پاسخ زمانی را کاهش داد و از این مزیت در کنترل سیستم‌های ارتعاشی استفاده کرد.}, keywords_fa = {با رگذاری الکترو - مکانیکی,پاسخ زمانی,ساندویچ ورق حلقوی,مواد مدرج تابعی,لایه های پیزوالکتریک,روش تفاضلات مربعی}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3570.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3570_dbe6194b80bfd38c3f7d30ff3eed7778.pdf} } @article { author = {Fakoor, Mahdi and Parviz, Hadi and Abbasi, Arash}, title = {Uncertainty Propagation Analysis in Free Vibration of Uncertain Composite Plate Using Stochastic Finite Element Method}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3503-3520}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.15892.6223}, abstract = {Material uncertainty is more widespread in composite material than the other engineering materials. This uncertainty makes response of these types of structures to be nondeterministic. In order to predict structural reliability, uncertainty in structural responses must be quantified. There is not a reported research in the literature studying free vibration of composite plate with spatially stochastic material properties. In this research, physical and mechanical properties of composite plate including tensile and shear modulus and density of the plate are modeled as stochastic Gaussian fields. Assuming exponential auto covariance kernels for aforementioned stochastic fields, they are discretized to two parts, including deterministic and stochastic parts employing Karhunen-Loeve theorem. Assuming linear form of strains, mechanical strains are defined applying first order shear deformation theory. Kinetic and potential energy of the composite plate is extracted using finite element formulation. Stochastic finite element formulation is derived employing Hamilton’s principle and Euler-Lagrange and equations are verified with the results in the literature for deterministic case. After verification of formulation, material uncertainty effects on uncertainty of natural frequencies are investigated using Monte Carlo simulation. Results show that there is a linear relation between coefficient of variation of uncertain properties and coefficient of variation of stochastic natural frequencies.}, keywords = {Uncertain composite plate,stochastic finite element method,Karhunen - Loeve theorem,Monte Carlo Method,free vibration}, title_fa = {تحلیل رشد عدم قطعیت در ارتعاشات آزاد ورق کامپوزیتی نامعین به روش المان محدود تصادفی}, abstract_fa = {به‌منظور پیش‌بینی‌ قابلیت‌ اطمینان سازههای کامپوزیتی‌ نیاز است‌ عدم قطعیت‌ در پاسخ‌های استاتیکی‌ و دینامیکی‌ این‌ سازهها کمی‌سازی شود. در تاریخچه‌ موضوعی‌ تحقیقی‌ که‌ در آن خواص ورق کامپوزیتی‌ به‌ صورت میدان تصادفی‌ و نه‌ پارامتر تصادفی‌ مدلسازی شده باشد و اثرات آن بر ارتعاشات آزاد ورق مطالعه‌ شده باشد، مشاهده نشد. در این‌ تحقیق‌ خواص فیزیکی‌ و مکانیکی‌ مربوط به‌ ورق کامپوزیتی‌ شامل‌ چگالی‌، مدول کششی‌ و مدولهای برشی‌ در ورق به‌صورت یک‌ میدان تصادفی‌ گوسی‌ در نظر گرفته‌ می‌شود. با در نظر گرفتن‌ تابع‌ خودهمبستگی‌ نمایی‌، میدان تصادفی‌ به‌ روش کارهونن‌-لاو به‌ دو بخش‌ معین‌ و نامعین‌ تجزیه‌ می‌گردد. با فرض تئوری مرتبه‌ اول برشی‌ و تئوری الاستیک‌ خطی‌ کرنش‌های سیستم‌ تعریف‌ شده است‌. انرژی پتانسیل‌ و جنبشی‌ با روش المان محدود استخراج شده است‌. با استخراج معادلات حرکت‌ تصادفی‌ به‌ کمک‌ اصل‌ همیلتون و معادلات اویلر لاگرانژ، فرمولاسیون و روش حل‌ برای حل‌ مسأله‌ معین‌ با نتایج‌ موجود در تاریخچه‌ مقایسه‌ و صحه‌گذاری شده است‌. اثرات عدم قطعیت‌ در خواص بر میزان عدم قطعیت‌ در فرکانس‌ طبیعی‌ سازه با روش مونت‌کارلو مطالعه‌ شده است‌. نتایج‌ نشان می‌دهد، رابطه‌ای خطی‌ بین‌ ضریب‌ تغییرات خواص فیزیکی‌ و مکانیکی‌ و ضریب‌ تغییرات فرکانس‌ طبیعی‌ ورق کامپوزیتی‌ وجود دارد.}, keywords_fa = {ورق کامپوزیتی نامعین,روش المان محدود تصادفی,روش کارهونن-لاو,روش مونت‌کارلو,ارتعاشات آزاد}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3485.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3485_4ecfe7869b3118c7d8338487dd2bf2cf.pdf} } @article { author = {Ghaedi, Mohammad Sadegh and Javanbakht, Mahdi}, title = {Nanovoid dynamics based on temperature dependent Young modulus and void formation energy in Nickel: a phase field study}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3521-3532}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.16169.6293}, abstract = {In the present work, a phase field method is used to study the growth/annihilation of nanovoids under thermal and mechanical loadings. To do so, the coupled system of the Cahn-Hilliard and elasticity equations is solved using the nonlinear finite element method in 2 dimensional. This coupling is due to the presence of elastic energy in the Cahn-Hilliard free energy and the dependence of total strain on the void misfit strain. The novel point in the present physical model is including the temperature dependence of elastic properties and void formation energy. Then, examples of nanovoid structure evolution are presented consisting of planar gas-solid interface formation and evolution, growth/annihilation of circular nanovoids at different temperatures, growth/annihilation of nanovoids under biaxial compression and at different temperatures and nanovoid structure evolution with initially, randomly distributed void pattern. The obtained results show a faster growth with larger amounts of void concentration at lower temperatures. Also, the stress field significantly varies during nanovoids growth/ annihilation especially inside the solid-gas interface and its value depends on the nanovoid size and the concentration.}, keywords = {Nanovoid,Phase field,finite element method}, title_fa = {مطالعه‌ دینامیک‌ نانوحفره با در نظر گرفتن‌ مدول یانگ‌ و انرژی تشکیل‌ حفره وابسته‌ به‌ دما با استفاده از روش میدان فاز در نیکل‌}, abstract_fa = {در این‌ مقاله‌، روش میدان فازی‌ به‌ منظور مطالعه‌ رشد و از بین‌ رفتن‌ نانوحفرهها تحت‌ دما و بارمکانیکی‌ مورد استفاده قرار گرفته‌ است‌. بدین‌منظور، معادلات سینتیک‌ کان - هیلیارد یا نفوذ و معادلات الاستیسیته‌ ایستایی‌ بر پایه‌ کرنش‌های‌ کوچک‌ با یکدیگر کوپل‌ گردیده و با استفاده از روش اجزای‌ محدود غیرخطی‌ در فضای‌ کارتزین‌ دو بعدی‌ حل‌ شدهاند. این‌ کوپلینگ‌ از طریق‌ حضور انرژی‌ کرنشی‌ در تابع‌ انرژی‌ آزاد کان - هیلیارد و وابستگی‌ کرنش‌ کل‌ به‌ کرنش‌ غیرالاستیک‌ حفره صورت می‌پذیرد. نکته‌ جدید و قابل‌ توجه‌ در مدلسازی‌ فیزیکی‌ حاضر، لحاظ نمودن وابستگی‌ هم‌ زمان خواص الاستیک‌ و انرژی‌ تشکیل‌ حفره به‌ دما است‌ و بر این‌ اساس شبیه‌سازی‌هایی‌ بر روی‌ تغییرات نانوساختارحفره شامل‌ صفحه‌ مشترک گاز- جامد خطی‌، رشد یا از بین‌ رفتن‌ نانوحفره دایرهای‌ در دماهای‌ مختلف‌، رشد یا از بین‌ رفتن‌ نانوحفره دایرهای‌ تحت‌ فشار دو محوره و تغییرات نانوساختار با توزیع‌ تصادفی‌ غلظت‌ حفره مورد مطالعه‌ قرار گرفته‌ است‌. از نتایج‌ مهم‌ می‌توان به‌ رشد سریع‌تر حفره و مقادیر بالاتر غلظت‌ بدست‌ آمده در دماهای‌ پایین‌تر اشاره نمود. همچنین‌، میدان توزیع‌ تنش‌ با رشد و از بین‌ رفتن‌ حفرهها به‌ خصوص در ناحیه‌ صفحه‌ مشترک گاز- جامد به‌ شدت تغییر می‌یابد و مقدار تنش‌ کل‌ نیز با افزایش‌ غلظت‌ و اندازه حفره تغییر می‌کند.}, keywords_fa = {نانوحفره,میدان فاز,معادلات کوپل کان – هیلیارد و الاستیسیته,روش اجزای محدود}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3600.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3600_8d0f032023977cea3a7fd78b3e59b397.pdf} } @article { author = {mokhtari, majid and Taghizadeh, Mostafa and mazare, mahmood}, title = {Optimal Adaptive Super-Twisting Sliding Mode Control of an Lower Limb Exoskeleton}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3533-3548}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.16292.6321}, abstract = {Disturbance and bounded uncertainty are the most important factors which can be degrade efficient performance of the lower limb exoskeleton. While sliding mode control is a robust control approach against such disturbances, however, by applying the boundary layer in spite of chattering phenomenon, robust performance becomes feeble. In order to overcome this drawback, high order sliding mode algorithms like supper twisting has been proposed in which, chattering phenomenon is mitigated by eliminating the boundary layer. In this paper, an adaptive supper twisting sliding mode control is proposed for a lower limb exoskeleton robot in which the sliding variable and its derivative tend to zero continuously in presence of the disturbance and bounded uncertainty. In addition, the desired trajectory of the upper limb is determined so that in each moment the stability of the robot is guaranteed based on zero momentum point criterion. To achieve maximum stability and minimum error in tracking of the desired trajectories, the controller parameters and the upper limb desired trajectory parameters are optimized using the Harmony Search algorithm. Robot is modeled in ADAMS and then control inputs are applied to the Adams model. Finally, Performance of two controllers is compared. Simulation results reveal the effectiveness of the proposed controller rather than the optimal sliding mode controller.}, keywords = {Exoskeleton,Adaptive control,Super-twisting sliding mode control,Harmony search algorithm,Zero momentum point}, title_fa = {کنترل بهینه‌ تطبیقی‌ مد لغزشی‌ فراپیچشی‌ برای ربات اسکلت‌ خارجی‌ پایین‌ تنه‌}, abstract_fa = {اغتشاش و عدم قطعیت‌ با دامنه‌ نامعلوم از عواملی‌ است‌ که‌ عملکرد ربات های اسکلت‌ خارجی‌ را با مشکل‌ مواجه‌ کرده است‌. یکی‌ از روش های کنترلی‌ مقاوم در برابر اغتشاشات، مد لغزشی‌ بوده که‌ با بکارگیری لایه‌ مرزی به‌ منظور مقابله‌ با چترینگ‌، عملکرد مقاوم آن تضعیف‌ می‌شود. برای مقابله‌، الگوریتم‌های کنترلی‌ مرتبه‌ بالا مانند مد لغزشی‌ فراپیچشی‌ پیشنهاد شده که‌ بدون در نظر گرفتن‌ لایه‌ مرزی، چترینگ‌ را تا حدودی کاهش‌ می‌دهند. در این‌ مقاله‌، یک‌ کنترلر مد لغزشی‌ فراپیچشی‌ تطبیقی‌ بهینه‌ برای ربات اسکلت‌ خارجی‌ پایین‌ تنه‌ پیشنهاد شده که‌ در آن متغیر لغزشی‌ و مشتقات آن در حضور اغتشاش محدود با دامنه‌ نامعلوم به‌ سمت‌ صفر میل‌ می‌کنند. مسیر مفصل‌ بالا تنه‌ به‌گونه‌ای تعیین‌ شده که‌ در هر لحظه‌ پایداری ربات طبق‌ معیار نقطه‌ گشتاور صفر حاصل‌ شود. به‌منظور دستیابی‌ به‌ حداکثر پایداری و کمترین‌ خطا در ردیابی‌ مسیرها، پارامترهای کنترلر و مسیر بالا تنه‌، به‌ کمک‌ الگوریتم‌ جستجوی هارمونی‌ بهینه‌ شده اند. برای اعتبارسنجی‌ ربات در نرم افزار آدامز مدل شده و سپس‌ ورودیهای کنترلی‌ به‌ مدل استخراج شده از آدامز اعمال شدهاند. در نهایت‌ عملکرد دو کنترلر با هم‌ مقایسه‌ شده که‌ نتایج‌ برتری روش کنترلی‌ پیشنهادی نسبت‌ به‌ کنترل کننده مد لغزشی‌ بهینه‌ را نشان می‌دهند.}, keywords_fa = {ربات اسکلت خارجی,کنترل تطبیقی,کنترل مد لغزشی فراپیچشی,الگوریتم جستجوی هارمونی,معیار نقطه گشتاور صفر}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3631.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3631_b8644cb0ace7b918db46a71f99a07d00.pdf} } @article { author = {Javadi, Saeed and Jaamialahmadi, Abdolrahman and Danesh Mehr, Ali Reza and Azadvari, Mohaddeseh and Nekoonam, Saeid}, title = {Simulation of Biceps Femoris Muscle Growth Based on Stretch Using a Multiscale Model}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3549-3566}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.15643.6175}, abstract = {Understanding the process of muscle tissue growth is important to professionals who are involved in curing musculoskeletal disorders, physical medicine and rehabilitation specialists and orthopedic surgeons. This article investigates the development of a musculoskeletal cell and also determining the vulnerable areas of biceps femoris muscles due to passive strains applied on it. By decomposing the deformation gradient tensor to two parts, the elastic and growth, the finite growth relations have been applied for an isotropic hyperelastic muscle material behavior. Consequently, the continuum relations were combined with the growth evolution equation whrer a series of mechanobiological relations were obtained. To solve them, a FORTRAN user-defined material subroutine (UMAT) for the finite element Abaqus software was written and executed. The biceps femoris – long head muscle was simulated based on a 6-week period assuming as a cylinder with 10% increase in initial length. Results of the simulation indicate that maximum strains occur in the surfaces, not inside the muscle. They reach 1.045 near the proximal muscle-tendon junction in the posterior layer and 1.06 in distal muscle-junction in interior surface. Also, these results can help a correct and optimal treatment, patient’s rehabilitation and orthopedic surgeries.}, keywords = {Soft tissue growth,Finite element analysis,Hyperelastic,Musculoskeletal,Simulation}, title_fa = {شبیه‌سازی رشد عضله‌ دوسررانی‌ بر اثر کشش‌ با بکارگیری یک‌ مدل چندمقیاسه‌}, abstract_fa = {شناخت‌ روند رشد ماهیچه‌ و تعیین‌ نواحی‌ بحرانی‌ تحت‌ آسیب‌ و یا پارگی‌ ابزاری برای تشخیص‌ روش صحیح‌ درمان برای متخصصان طب‌ فیزیکی‌ و توان بخشی‌ و ارتوپدی می‌باشند. هدف این‌ مقاله‌، بررسی‌ نحوه رشد سلول عضلانی‌-اسکلتی‌ و هم‌چنین‌ تعیین‌ نواحی‌ آسیب‌ عضله‌ دوسررانی‌ تحت‌ کشش‌های غیر فعال وارده بر آن است‌. با تجزیه‌ تانسور گرادیان تغییر شکل‌ به‌ دو بخش‌ الاستیک‌ و رشد، روابط‌ رشد محدود برای ماهیچه‌ با رفتار ماده هایپرالاستیک‌ تعیین‌ شدهاند. روابط‌ مکانیک‌ محیط‌ پیوسته‌ با معادله‌ تکامل‌ رشد تلفیق‌ و معادلات دیفرانسیل‌ بیولوژیکی‌ و مکانیکی‌ حاصل‌ شدند. برای حل‌ آنها از روش اجزای محدود در نرمافزار آباکوس با نوشتن‌ زیربرنامه‌ای برای رفتار ماده در زبان فرترن استفاده شد. عضله‌ی دوسررانی‌ قسمت‌ سر بلند به‌ شکل‌ یک‌ استوانه‌ فرض شده و شبیه‌سازی آن برای یک‌ دوره ٦ هفته‌ای و به‌میزان ١٠% افزایش‌ طول اولیه‌ انجام شد. نتایج‌ نشان می‌دهند که‌ ماهیچه‌ به‌طور ناهمگن‌ رشد می‌کند و بیشینه‌ کشیدگی‌ها در رویه‌ها اتفاق می‌افتند و نه‌ در داخل‌ عضله‌ که‌ در ناحیه‌ بالا در رویه‌ بیرونی‌ معادل1/045 ودر ناحیه‌ پایین‌ در رویه‌ درونی‌ معادل 1/06 می‌باشند. به‌علاوه، نتایج‌ می‌تواند به‌نحوه درمان صحیح‌ و بهینه‌ و توان بخشی‌ بیماران و جراحی‌های ارتوپدی کمک‌ کند.}, keywords_fa = {رشد بافت نرم,تحلیل المان محدود,هایپرالاستیک,عضلانی اسکلتی,شبیه‌سازی}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3633.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3633_15f70fb58c233c15b4cce9ffdb04ee5d.pdf} } @article { author = {Jirofti, Nafiseh and Mohebbi-Kalhori, Davod and Hajdizadeh, Afra and samimi, Abdolreza}, title = {Study of Young’s Modulus and Failure Strength of Polyurethane-Based Binary Polymer Composite Structures Based on Stress-Strain Curve for Tissue Engineering Vascular Graft Application}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3567-3582}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.16159.6288}, abstract = {The coronary arteries are of the important cardiovascular diseases. The autograft is the main treatment for this problem, but in many patients, the autografts are not applicable. So, due to a large number of requirements, it needs to find suitable replacements for diseases of blood vessels. Nanomaterial structures are highly contributive in tissue engineering vascular scaffolds due to their ability in mimicking the nanoscale dimension of the natural extracellular matrix and the existing mechanical match between the native vessel and the structure. The aim of this research was developing and mechanically improving nanofibrous hybrid structures using blend electrospinning methods with different ratios of the polyethylene terephthalate, polyurethane and polycaprolactone. The morphological and mechanical properties of all fabricated structures were evaluated. The average fiber diameter, porosity, stress and Young’s modulus changes’ range in composite structures (polycaprolactone/polyurethane and polyethylene terephthalate/polyurethane ) were obtained 343 ± 94 to 382 ± 83 nm, 58.6 ± 3.12 to 81 ± 1.7 %, 2.66 ± 0.39 to 19.05 ± 3.2 MPa and 3.18 ± 0.09 to 41.4± 3.31 MPa, respectively. According to results, the fabricated scaffolds as well as polyethylene terephthalate/polyurethane structure exhibited suitable mechanical and biological properties and clinical requirements as a small-diameter vascular graft.}, keywords = {Composite structure,Mechanical Properties,artificial blood vessels,Electrospinning,Tissue engineering}, title_fa = {مطالعه میزان تغییرات مدول یانگ و مقاومت شکست در ساختارهای کامپوزیت پلیمری دوتایی بر پایه‌ی پلی‌یورتان براساس بارگذاری تنش-کرنش جهت کاربرد در مهندسی بافت عروق خونی}, abstract_fa = {بیمارى عروق کرونر قلب از  مهمترین  بیمارىهاى قلبی و عروقی است. پیوند اتوگرافت درمان متداول این بیمارى است که در بعضی بیماران  به دلایل مختلف قابل استفاده نیست. از  این رو داشتن  جایگزین هاى مطلوب در این زمینه امرى ضرورى است. ساختارهاى نانوالیافی به دلیل توانایی بالا در  شبیه سازى ماتریس  برونسلولی و ایجاد تطابق بین خواص مکانیکی در  داربست هاى رگی مصنوعی با عروق طبیعی،  به عنوان بسترهاى بالقوه جهت کاربردهاى مهندسی بافت عروق مطرح  می شوند. هدف اصلی پژوهش  پیشرو ساخت و بهبود خواص مکانیکی  داربست هاى رگی مصنوعی با ساختارهاى کامپوزیت دوتایی، با استفاده از نانوالیاف پلیمرهاى  پلی یورتان،  پلی اتیلن ترفتالات و  پلی کاپرولاکتون به روش الکتروریسی آمیخته  می باشد. تمام ساختارها از نظر  ریخت شناسی و خواص مکانیکی مورد ارزیابی قرار  گرفته اند.  محدودهى تغییرات تنش و مدول یانگ در ساختارهاى  پلیکاپرولاکتون/ پلییورتان و  پلی اتیلنترفتالات/  پلی یورتان  به ترتیب٣٩ /٠ ±٦٦ /٢ تا٢٠ /٣ ±٠٥ /٩١ و٠٩ /٠ ±١٨ /٣ تا٤٢ /٣ ± ٣٢ مگاپاسکال است. همچنین محدوده تغییرات میانگین قطر الیاف و تخلخل در ساختارهاى کامپوزیتی به ترتیب (٤٩ ± ٣٤٣ تا ٣٨ ± ٢٨٣ نانومتر) و (١٢/٣ ±٦٠ /٨٥ تا٧٠ /١ ±٠ /١٨ درصد) گزارش شده است. بررسی ساختار و خواص مکانیکی  داربست هاى ساخته شده نشان  می دهد ساختار کامپوزیتی طراحی شده و بخصوص ساختار  پلی اتیلن ترفتالات/ پلی یورتان  می تواند دستاورد مناسبی جهت کاربردهاى مهندسی بافت عروق خونی باشد.}, keywords_fa = {ساختارهای کامپوزیت,خواص مکانیکی,عروق خونی مصنوعی,الکتروریسی,مهندسی بافت}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3638.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3638_c42844ddf0d94d845bf8da0fab8f7c10.pdf} } @article { author = {Shojaeifard, Mohammad and Baghani, Mostafa}, title = {Mechanical Behavior of Temperature-Sensitive Hydrogel Considering Functionally Graded Characteristics}, journal = {Amirkabir Journal of Mechanical Engineering}, volume = {52}, number = {12}, pages = {3583-3594}, year = {2019}, publisher = {Amirkabir University of Technology}, issn = {2008-6032}, eissn = {2476-3446}, doi = {10.22060/mej.2019.16172.6294}, abstract = {Hydrogels are 3 dimensional polymeric networks containing cross-linked chains which respond severely to the exterior stimuli and absorb a great amount of solution and swell. The functionally graded temperature-sensitive hydrogel is one of the most applicable materials to be used in the industry. Thus, to study the mechanical behavior of these materials, an energy density function is introduced which includes network stretch energy and mixing part. Considering the properties variation along the thickness direction, bending of functionally graded temperature-sensitive hydrogels is solved analytically under plane strain assumption. Verifying the presented analytical procedure, the results of this approach is compared with the outcomes of finite element method. To solve diverse problems by finite element method, UHYPER subroutine has been verified in the free-swelling problem. Next, the radius and stresses are studied by both methods for functionally graded temperature-sensitive hydrogels. Finally, according to the importance of factors such as semi-angle and bending curvature in industrial designs, these factors are investigated by changing the temperature in a range of 320 to 288 Kelvin. The continuity of the radial and tangential stresses field is the other reason for utilizing functionally graded hydrogels, while the multi-layer hydrogels do not have continuous stress fields.}, keywords = {Temperature sensitive hydrogels,Functionally graded materials,Semi-analytical solution,finite element modeling}, title_fa = {بررسی رفتار هیدروژل‌های حساس به دما با در نظر گرفتن خواص تابعی هدفمند}, abstract_fa = {هیدروژل ها  شبکه ى پلیمرى ٣ بعدى هستند که به اعمال  تحریک هاى خارجی به شدت پاسخ داده و متورم می شوند. جهت مطالعه رفتار مکانیکی این مواد حین تغییردما، یک تابع انرژى کرنشی متشکل از دو بخش انرژى کشیدگی شبکه و انرژى ترکیب درنظر گرفته شده است. با توجه به تغییر مشخصات  هیدروژل هاى تابعی-هدفمند حساس به دما درراستاى ضخامت، حل  نیمه تحلیلی براى خمش این مواد درشرایط کرنش- صفحه اى ارائه گردیده است. جهت صحت سنجی روش نیمه تحلیلی ارائه شده، از روش اجزاء محدود در  نرم افزار آباکوس با نوشتن زیربرنامه یوهایپر براى مدل ساختارى این مواد استفاده شده است. پس از  صحت سنجی کد یوهایپر در مسئله تورم آزاد ، چند مسئله با شرایط مختلف  بوسیله ى این دو روش مورد مقایسه قرار گرفتند؛ که مطابقت نتایج شعاع، تنش شعاعی و تنش مماسی حاصل از خمش تیر در این دو روش، دقت بالاى روش نیمه تحلیلی ارائه شده را نشان  می دهند. درنهایت با تغییر دما در بازه ٠٢٣ تا ٨٨٢ کلوین، میزان تغییرات دو فاکتور میزان زاویه خمیدگی و انحنا، که اهمیت بالایی در ساخت سنسورها و عملگرها دارند، را مورد مطالعه قرار  داده ایم. پیوستگی  تنش هاى شعاعی و مماسی در  هیدروژل هاى داراى خواص تابعی هدفمند، نسبت به ساختارهاى  چندلایه اى، منجر به کاربردهاى گسترده  این مواد  می شود.}, keywords_fa = {هیدروژل حساس به دما,مواد تابعی هدفمند,حل نیمه‌تحلیلی,مدل‌سازی اجزاء‌محدود}, url = {https://mej.aut.ac.ir/article_3535.html}, eprint = {https://mej.aut.ac.ir/article_3535_9dd76540737a94ca5ba563aa530b65aa.pdf} }