per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
241
252
10.22060/mej.2016.615
615
Research Article
تحلیل کمانش غیرخطی نانو تیر تیموشنکو نیترید بور غیرمحلی براساس تئوری تنش کوپل اصلاح شده با استفاده از روش مربع سازی دیفرانسیلی
Nonlinear Buckling Analysis of nonlocal Boron Nitride Timoshenko nano beam based on Modified couple stress theory using DQM
مهدی محمدی مهر
mmohammadimehr@kashanu.ac.ir
1
سعید شاهدی
ssh29980@yahoo.com
2
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
در این مقاله تحلیل کمانش غیرخطی نانو تیر تیموشنکو غیر محلی نیترید بور بر بستر الاستیک با استفاده از تئوری تنش کوپل اصلاحشده براساس مدل الاستیسیته غیرمحلی ارینگن و تئوری غیرخطی هندسی ون کارمن مورد بررسی قرار میگیرد. معادلات حاکمه حرکت و شرایط مرزی با استفاده از اصل همیلتون بدست میآیند. به منظور حل معادلات غیرخطی حاکمه با روش تکرار مستقیم و به منظور جداسازی معادلات، از روش مربعسازی دیفرانسیلی استفاده میشود تا بتوان مقدار بار کمانش بحرانی را برای شرایط مرزی دوسرمفصل و یکسرگیردار-یکسرمفصل بدست آورد. نتایج حاصل از این تحقیق با نتایج بدست آمده توسط مورمو و همکاران مقایسه شده که تطابق بسیار خوبی بین آنها برقرار است. در نهایت تاثیر پارامترهایی همچون پارامتر غیرمحلی ارینگن، ضریب لاغرشدگی نانوتیر، ثابت فنری وینکلر، ثابت برشی پاسترناک، اثرات میدان الکتریکی، تغییرات دمایی و مقیاس طولی ماده روی مقدار بار کمانش بحرانی نانوتیر تیموشنکو غیر محلی مورد بررسی قرار میگیرد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان میدهد که با افزایش پارامترهای غیر محلی ارینگن، ضریب لاغرشدگی، میدان الکتریکی و تغییرات دمایی، مقدار بار کمانش بحرانی کاهش مییابد و از طرفی دیگر مقدار بار کمانش بحرانی با افزایش ثابت فنری وینکلر، مدول برشی پاسترناک و پارامتر مقیاس طولی ماده افزایش پیدا میکند. لازم به ذکر است که میزان و نرخ کاهش و یا افزایش پارامترهای مذکور بسته به شرایط مرزی دوسر نانوتیر متفاوت است. ضمنا در تمامی موارد مورد مطالعه، مقدار بار کمانش بحرانی برای تیر دوسرمفصل کمتر از تیر یکسرگیردار-یکسرمفصل است.
In this article, nonlinear buckling analysis of nonlocal boron nitride Timoshenko nanobeam on elastic foundation based on modified couple stress theory, nonlocal elasticity Eringen’s model,and Von Karman nonlinear geometry theory are investigated. The governing equation of motion andboundary conditions based on Hamilton’s principle are obtained. To solve the nonlinear governingequation of motion, the differential quadrature method is used to obtain the critical buckling load for twoedges simply supported (S-S) and simply supported-clamped (S-C) boundary conditions. The results ofthis research are compared with the obtained results by other researchers and there is a good agreement.Finally, effects of various parameters such as nonlocal Eringen’s parameter, slenderness ratio of nanobeam, electric field, temperature changes and material length scale parameter on the nonlocal criticalbuckling load of Timoshenko nano beam are examined. The results show that with increasing nonlocalparameter, slenderness ratio, electric field, and temperature changes, the critical buckling load decreases.Meanwhile, the critical buckling load for S-S boundary condition is lower than that of for S-C.
https://mej.aut.ac.ir/article_615_5987ccead2281048083aaa969c9fa417.pdf
تحلیل کمانش غیر خطی
نانو تیر تیموشنکو غیرمحلی نیترید بور
روش مربعسازی دیفرانسیلی
تئوری تنش کوپل اصلاحشده
بستر الاستیک
Nonlinear buckling analysis Boron nitride nonlocal Timoshenko nano beam DQM Modified couple stress theory Elastic foundation
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
253
260
10.22060/mej.2016.791
791
Research Article
حل تحلیلی دوبعدی میدان دما، تنش و جابجایی برای یک استوانه توخالی با شار حرارتی نامتقارن و زمانمند
Analytical Solution for Temperature, Stress and Displacement Fields for a Hollow Cylinder Subjected to Asymmetric and Time Dependent Heat Flux
عادل بیدزرد
adel.bidzard@yahoo.com
1
مجتبی محزون
mahzoon@shirazu.ac.ir
2
محمود یعقوبی
yaghoubi@shirazu.ac.ir
3
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
در این مقاله یک حل تحلیلی دو بعدی برای میدان دما، تنش و جابجایی ها در استوانه ای تو خالی ارائه شده است. در سطح بیرونی این استوانه ی تو خالی، شار حرارتی نا متقارن و وابسته به زمان اعمال شده است. همچنین این استوانه حامل سیال است و در سطح داخلی به صورت جابجایی، تبادل حرارت می کند. از روش جدا سازی متغیر ها برای بدست آوردن میدان دما استفاده شده است. همچنین توزیع تنش ها بوسیله تابع تنش حرارتی بدست می آید. سپس به کمک روابط تنش-کرنش و کرنش-جابجایی، مولفه های جابجابی بدست آمده اند. این استوانه به عنوان مدلی از لوله گیرندهی کلکتور سهموی خطی در نظر گرفته شده است. با استفاده از حل تحلیلی، نتایج برای مدل واقعی موجود در نیروگاه خورشیدی شیراز در یک دوره دوازده ساعته که از شش صبح تا شش بعد از ظهر طول می-کشید به دست آمد. حل تحلیلی با استفاده از نرم افزار متلب برای نتایج عددی بکار گرفته شده است. همچنین نتایج برای اعتبارسنجی با روش المان محدود نرم افزار انسیس مقایسه شده است. در انتها به این نتیجه رسیدیم که اختلاف بوجود آمده بین نتایج حل تحلیلی و خروجی نرم افزار انسیس به علت عدم توانایی نرم افزار متلب در توانایی محاسبه دقیق توابع کلوین است.
In present paper, a two dimensional analytical solution for temperature, stress anddisplacement fields in a hollow cylinder is developed. An asymmetric and time dependent heat fluxis exposed on outer surface of the hollow cylinder. Moreover, the cylinder carries a fluid that transfersheat through convection on its inner surface. The separation of variable method is implemented toobtain temperature field. Also, stress distribution is taken by means of thermal stress function method.Afterwards, displacement components are obtained by means of stress-strain and strain-displacementrelations. The cylinder is regarded as a model for the absorber tube of parabolic trough collector. Usingthe analytical solution together with the actual properties of the model in solar power plant in Shirazcity, results are presented for a period of twelve hours from 06:00 a.m. till 06:00 p.m. The analyticalsolution is employed to extract numerical results using MATLAB software package. The results are alsovalidated with those given by FEM, conducted via ANSYS computer code. Finally, it is concluded thatdifferences between the results of analytical solution and outputs of ANSYS are result of of infirmity ofMATLAB software package in calculating the Kelvin functions with high accuracy.
https://mej.aut.ac.ir/article_791_45e00c9395144cb024c61f5e34726481.pdf
حل تحلیلی
استوانه توخالی
نامتقارن
زمانمند
Analytical solution Hollow cylinder Asymmetric Time dependent
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
261
268
10.22060/mej.2015.506
506
Research Article
شناسایی شرایط مرزی در مسائل تغییر فرم مواد هایپرالاستیک
Boundary conditions identification in problems of hyper-elastic materials deformation
مائده حاج هاشم خانی
maedeh.hajhashemkhani@gmail.com
1
محمدرحیم همتیان
mhemat@shirazu.ac.ir
2
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
در این تحقیق با استفاده از یک روش معکوس که از الگوریتم هموارسازی تیخونوف استفاده میکند، شرایط مرزی از نوع تنش در سطح خارجی یک جسم هایپرالاستیک به دست آمده است. جابهجایی برای نقاط مختلف در سطح خارجی جسم اندازهگیری شده است و با استفاده از این دادهها و فرآیندی تکرار شونده، پارامترهای توزیع تنش به دست آمده است. تحلیل معکوس برای مدل همسانگرد مونی- ریولین و همچنین مدل همسانگرد اگدن انجام شده است. یک مثال برای شناسایی شرایط مرزی روی لبه یک جسم دوبعدی با هندسه نسبتاً پیچیده ارائه شده است تا کارائی روش ارائه شده مورد بررسی قرار گیرد. در این مثال تأثیر پارامترهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج برای دو مدل مختلف هایپرالاستیک مورد مطالعه نشان میدهد که برای به دست آوردن پارامترهای توزیع تنش با دقت بالا باید تا حد امکان تعداد دادههای اندازهگیری افزایش و درصد خطای اندازهگیری کاهش یابد. همچنین ملاحظه میشود که با افزایش پارامترهایی که رفتار غیرخطی مساله را افزایش میدهند، درصد خطای نتایج افزایش مییابد.
In this study, by an inverse method, which uses the Tikhonov regularization method, traction boundary conditions on the surface of a hyper-elastic material are determined. Displacements at several points on the surface of the body are measured and used to find the unknown stress parameters on a part of the problem boundary. The inverse analysis is carried out for Mooney-Rivlin and Ogden isotropic models. An example for identification of boundary conditions on a boundary part of a two dimensional domain with a relatively complicated geometry is presented to show the effectiveness of the proposed method. Effects of different parameters are studied in this example. The results for both hyper-elastic models show that the error of the solution decreases with increasing the number of measured data and decreasing the measurement error. Moreover, it is observed that the accuracy of the solution is decreased when the nonlinear behavior of the material is increased.
https://mej.aut.ac.ir/article_506_7ed6f8369c3cf7316505266c0cce568a.pdf
ماده هایپرالاستیک
تحلیل معکوس
شرط مرزی مجهول
غیر خطی
Hyper-elastic material
Inverse Analysis
Unknown boundary condition
nonlinear
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
269
278
10.22060/mej.2016.723
723
Research Article
بهینهسازی ضرایب مدل ساختاری هایپرالاستیک بافت نرم با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری و دادههای تجربی
Optimization of Hyperelastic Constitutive Model Coefficients for Soft Tissue by Imperialistic Competitive Algorithm Based on Experimental Data
علی امارلو
amarloo.kntu@gmail.com
1
میلاد کشاورز
mkeshavarz@mail.kntu.ac.ir
2
افسانه مجری
mojra@kntu.ac.ir
3
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران
در این مطالعه، هدف شناسایی مدل ساختاری بافت نرم میباشد. به این منظور از یک دستگاه رباتیک مجهز به حسگر لامسهای برای اعمال نیرو به بافت نرم استفاده شده است. بافت سینهی فرد توسط دستگاه مورد معاینه قرار گرفته است و خروجی تنش و کرنش در طی دو مرحلهی بارگذاری و باربرداری استخراج شده است. مجموعهی دادههای دقیق تجربی برای تولید مدل ساختاری از رفتار هایپرالاستیک بافت مورد استفاده قرار میگیرد. هشت مدل ساختاری هایپرالاستیک برای تطبیق با دادههای تجربی تنش-کرنش بافت نرم معرفی گردیده است. به منظور محاسبهی بهینهی پارامترهای مدلها و همچنین انتخاب مدل بهینه، یک تابع هدف تعریف شده است که اختلاف میان دادههای تجربی و مدل-سازی میباشد. برای کمینه کردن مقدار تابع هدف از یک الگوریتم بهینهسازی قدرتمند به نام الگوریتم رقابت استعماری استفاده شده است. مدل ساختاری بدست آمده یک مدل قابل اعتماد و دارای کمترین تفاوت نسبت به رفتار طبیعی بافت است. نوآوری پژوهش حاضر در بدست آوردن یک مدل ریاضی واقعی دارای دقت بالا از بافت نرم با استفاده از دادههای تجربی میباشد. از این مدل میتوان برای پیشبینی رفتار مکانیکی بافت تحت معاینهی پزشک و طراحی شبیهساز جراحی بافت سینه برای کمک و آموزش به جراحان استفاده نمود. از دیگر برتریهای مهم مدل تولید شده این است که با دستهبندی پارامترهای بدست آمده از نمونههای بیمار و سالم، میتوان محدودهای مخصوص به پارامترهای بافت سالم و همچنین بافت بیمار بدست آورد. این امر کمک مؤثری در راستای تشخیص بیماری بدون استفاده از تکنیکهای تصویربرداری و یا نمونهبرداری از بافت است.
The main target of this study is identification of the constitutive model of a soft tissue. For such a purpose a robotic tactile device (Robo-Tac-BMI) was used for breast tissue examinations and stress versus strain was collected for every test point during loading and unloading processes. Utilizing accurate experimental dataset for mechanical modeling of the tissue in conjunction with an optimization algorithm provides a reliable constitutive model of tissue’s mechanical behavior. Eight major hyperelastic models were adapted to the stress-strain data to find the most compatible constitutive equation applicable to the soft tissue mechanical behavior. For this purpose, a new optimization algorithm called Imperialist Competitive Algorithm (ICA) which is based on social and political strategy was used. The novelty of the present study is producing a realistic mathematical model with high accuracy of the soft tissue based on experimental data. The achieved hyperelastic model can be used for prediction of mechanical behavior of the breast tissue in surgery simulation for assistance and educational purposes. Other application of this model is clustering of healthy and cancerous tissue which facilitates the surgeon’s task in the diagnosis procedure. This application also makes the diagnosis procedure almost independent of using imaging techniques or performing biopsies. This model is useful in distinguishing cases where the soft tissue has altered from normal situation like tumors and cancer attacks.
https://mej.aut.ac.ir/article_723_8a9a6df1135e65b153fa63eb76da9fa1.pdf
بافت نرم
بهینهسازی
الگوریتم رقابت استعماری
مدل ساختاری هایپرالاستیک
حس لامسهی مصنوعی
Soft tissue
optimization
Imperialistic Competition Algorithm
Hyperelastic Constitutive Model
Artificial Tactile Sensing
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
279
290
10.22060/mej.2016.800
800
Research Article
بهینه سازی الیاف پیزوالکتریک در پانل استوانه ای هدفمند با لایههای پی- اف- آر- سی با روش الگوریتم ژنتیک
Optimization of piezoelectric fibers in FG panel with PFRC layers using genetic algorithms
محمود شاکری
shakeri@aut.ac.ir
1
سامان محمدنبی
samanmnabi@aut.ac.ir
2
سینا بهرامی
sina_bahrami@aut.ac.ir
3
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
در این تحقیق به بهینهسازی الیاف پیزوالکتریک در پانل استوانهای هدفمند با لایههای کامپوزیتی از الیاف پیزوالکتریک (پی-اف-آر-سی) به عنوان سنسور و محرک تحت تحریک الکتریکی و بار مکانیکی و شرایط تکیهگاهی ساده، گیردار، آزاد و ترکیب آنها پرداخته شده است. هدف، به دست آوردن درصد حجمی الیاف پیزوالکتریک در یک لایه پی-اف-آر-سی است به طوری که جابجایی شعاعی (خیز) این لایه در راستای محیطی، معادل با لایه پیزوالکتریک باشد. به منظور بهینهسازی، الگوریتم ژنتیک به کار گرفته شده و مقدار پارامترهای مختلف الگوریتم با استفاده از روش میزانسازی پارامترها به دست آمده است. همچنین جهت صرفه جویی در وقت و اشغال کمتر حافظه، شبکههای عصبی مصنوعی، آموزش داده و به کار گرفته شدهاند.در پایان، نتایج برای تنش و جابجایی دو پانل با لایه پی-اف-آر-سی و پیزوالکتریک ارائه و مقایسه شده و تأثیر شرایط تکیهگاهی روی بهینهسازی و درصد حجمی به دست آمده، بررسی گردیده است. نتایج نشان میدهد که با ورود تکیهگاه گیردار به مسئله، افزایش بیشینه تنش فون میسز در سازه مشاهده شده و درصد حجمی بیشتری برای لایه پی-اف-آر-سی معادل به دست میآید.
In this research the optimization of piezoelectric fibers in a functionally graded cylindrical panel with PFRC layers as sensor and actuator under dynamic load and electrical excitation with various types of supports including: simple, clamped and combination of free and clamped supports is provided. The main goal is to obtain the volume fraction of piezoelectric fibers in a PFRC layer so that the radial displacement of this layer across the circumferential direction is equal to that of piezoelectric layer. For the optimization, Genetic algorithms were used and in each case, the algorithm parameters are obtained by using Parameter Tuning method. In order to saving time and reducing the use of memory, Artificial Neural Networks are trained and employed. In the end, the results for the stresses and displacements of the panel with piezoelectric layers and the one with PFRC layers are presented and compared. The effect of support conditions and on the optimization process and the obtained volume fractions are examined. Results show that with the introduction of clamped supports, increment for maximum Von mises stress in the structure and the volume fraction of piezoelectric fibers can be seen.
https://mej.aut.ac.ir/article_800_baad3850d9bb52e99a6c72f2e3fa1920.pdf
پانل هدفمند
کامپوزیت الیاف پیزوالکتریک
المان محدود
الگوریتم ژنتیک
شبکههای عصبی
FG Panel
PFRC
FEM
Genetic algorithms
Artificial Neural Networks
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
291
298
10.22060/mej.2016.760
760
Research Article
بررسی اثر نیروی پیش بار پیچ و مهره بر T-stress در مود ترکیبی شکست
Investigation of Bolt Clamping Force Effect on T-stress in Mixed Mode Fracture
تاج بخش نوید چاخرلو
tnavid@tabrizu.ac.ir
1
محمدرضا اعلمی
r.aalami@yahoo.com
2
هادی ناصری ملکی
h.naseri@tabrizu.ac.ir
3
دانشکده فنی مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
دانشکده فنی مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
دانشکده فنی مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
در این مقاله، اثر نیروی پیش بار پیچ و مهره بر روی مقاومت شکست و فاکتور شدت تنش مؤثر و مؤلفه ی ثابت تنش ماده ی پلی متیل متاکریلات در مودهای اول، دوم و ترکیبی شکست با زوایای مختلف، به صورت تجربی-عددی بررسی شده است. آزمایش های شکست بر روی چهار گروه از نمونه ی مستطیلی دارای ترک مرکزی با نسبت طول ترک بـه عـرض نمونـه ی 0.5، انجام شده است. گستره ی کاملی از ترکیب مودها از مود اول خالص تا مود دوم خالص با قرار دادن نمونه ها در یک فیکسچر آرکان اصلاح شده، ایجاد و نیروی شکست نمونه ها در شرایط بارگذاری مختلف به وسیله ی یک دستگاه کشش استاتیکی ثبت شده است. برای بررسی سازگاری نتایج به دست آمده با نظریه های شکست مود ترکیبی مرسوم، شبیه سازی اجزای محدود آزمایش های عملی برای تعیین فاکتورهای شدت تنش و T-stress صورت گرفته است. نتایج به دست آمده بیان گر اثر مثبت نیروی پیش بار پیچ بر مقاومت شکست نمونه های مورد آزمایش در تمامی زوایای بارگذاری می باشد. نتایج، همچنین نشان دهنده ی اثر قابل توجه نیروی پیش بار در افزایش مقدار T-stress و نقش مهم این کمیت در توجیه شکست ترد نمونه ها می باشد.
As the cracks and notches in structures may exist in various angles with respect to the loading direction, crack growth and final fracture occur under combined condition of loading i.e. mixed mode fracture condition. Therefore, studying factors that affect material’s fracture strength under mixed mode loading is important. In this study, In order to investigate the effect of bolt clamping force, resulting from torque tightening, on fracture strength, stress intensity factors and T-stress of a rectangular center cracked specimen under mixed mode I/II loading condition, experimental and numerical studies have been carried out. Fracture experiments were conducted on four types of polymethyl methacrylate (PMMA) specimens with crack length ratio a/w of 0.5. Complete range of mode mixities from pure mode I to pure mode II was created by placing the specimens in a modified Arcan fixture and their fracture strength under different loading directions were obtained using a static tensile machine. To give explanations for the obtained results from fracture tests by using mixed mode fracture theories, finite element simulations of the experimental tests were performed to compute mode I and mode II stress intensity factors and also T-stress. The results revealed that bolt clamping force has positive effect on fracture strength of the specimens in all loading directions. Also it was shown that bolt clamping force has a considerable effect on increasing T-stress values.
https://mej.aut.ac.ir/article_760_5112e102dc727257ea9f8eeed7edff87.pdf
شکست مود ترکیبی
فاکتور شدت تنش
تنش T
نیروی پیش بار پیچ
فیکسچر آرکان
Mixed Mode Fracture
Stress intensity factor
T-stress
Bolt clamping force
Arcan Fixture
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
299
308
10.22060/mej.2016.771
771
Research Article
بررسی اثر سطح بر روی ارتعاشات آزاد ورق نانو گرافن با سوراخ ناهم مرکز
Surface effect on free vibration behavior of circular graphene sheet with an eccentric hole
احسان الله یاری
essiwwe@ymail.com
1
محمد فدایی
fadaee@qut.ac.ir
2
گروه مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران
گروه مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران
در این مقاله، با استفاده از یک روش تحلیلی، اثرات سطحی و عیب هندسی بر روی ارتعاشات نانو ورقهای دایروی مورد بررسی قرار گرفته است. در طی پروسه تولید و قیود ساختی، امکان مواجهه نانو ورق با عیوب هندسی وجود دارد. برخی از این عیوب را میتوان با استفاده از یک سوراخ دایروی مدل کرد. تئوری الاستیک گورتین-موردوخ و تئوری ورق نازک برای مدلسازی ورق نانو استفاده شده است. در حل تحلیلی معادله حرکت نانو ورق، روش جداسازی متغیرها همزمان با تئوری افزودگی برای توابع بسل مرتبه اول و دوم ساده و بهبود یافته بکار رفته است. برای صحه سنجی، نتایج روش حاضر با منابع موجود مقایسه گردیده است. هر دو حالتِ ارتعاشات متقارن و غیر متقارن مورد تحلیل قرار گرفته است. برای ایجاد حس فیزیکی بهتر، چندین شکل مود ارتعاشی نانو ورق ارائه شده است. در پایان، تاثیر پارامترهای هندسی و مادی مختلف بر روی فرکانسهای طبیعی نانو ورق بررسی شده است. همپنین اثر شرایط مرزی گوناگون بر روی فرکانس های طبیعی، بخوبی دیده شده است. نتایج نشان میدهد که اثرات سطح و عیب دایروی خارج از مرکز، نقش مهمی در رفتار ارتعاشی نانو ورق ایفا میکند. این در حالیست که تاثیر سوراخ ناهم مرکز در حالت شرط مرزی آزاد کمتر می شود.
In this article, an analytical method is used to study surface and geometrical defect effects on free vibrations behavior of circular nanoplates. Due to production process and constrains conditions, nanoplates may be opposed to structural defect. Some of the defects can be modelled as an eccentric hole. Gurtin-Murdoch and thin plate theories are employed to model the eccentric circular nanoplate. In order to solve equation of motion, separation of variables method as well as additional theorem for the regular and modified of first and second kinds of Bessel functions are used. To validate the approach, present results are compared to those obtained by literature. Both of symmetric and antisymmetric vibration modes are analyzed. Some mode shapes are illustrated to make the better physical sense. Finally, effects of various geometrical and material properties on natural frequencies of the nanoplates are investigated. Also, effects of various boundary conditions as free, clamped and simply supported on the natural frequencies are investigated using a wide range of results. Results show that surface effects and eccentric circular defect play an important role in vibrational behavior of an eccentric circular nanoplate. It is observed that the free boundary condition has no more effect on the fundamental natural frequency.
https://mej.aut.ac.ir/article_771_9f1d57174b8f5a756cfa0bf245877c8c.pdf
نانو ورق
اثرات سطحی
سوراخ ناهممرکز
فرکانس طبیعی
Nanoplate
Surface effects
Eccentric hole
Natural frequency
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
309
316
10.22060/mej.2015.564
564
Research Article
بررسی اثرات سطحی بر روی ارتعاشات آزاد پیچشی نانوتیرها
Investigation of surface effects on free torsional vibration of nanobeams
رضا ناظم نژاد
rnazemnezhad@du.ac.ir
1
دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه دامغان، دامغان، ایران
در این مقاله، ارتعاشات آزاد پیچشی نانوتیرها با در نظر گرفتن اثرات سطحی بررسی شده است. بدین منظور، معادله حرکت نانوتیر با در نظر گرفتن مولفههای اثرات سطحی با استفاده از اصل همیلتون و بر اساس تئوری الاستیسیته سطحی استخراج شده است. سپس معادلات حرکت به ازای سه شرط مرزی گیردار-گیردار، گیردار-آزاد و آزاد-آزاد بصورت تحلیلی حل شده و فرکانسهای طبیعی و شکل مودهای نانوتیر بدست آمده است. به منظور گزارش نتایج عددی، از نانوتیری با مقطع دایروی و از جنس آلومینیوم و سیلیکون استفاده شده است. در ادامه، میزان تاثیرگذاری مولفههای اثرات سطحی بر روی فرکانسهای پیچشی طبیعی نانوتیر به ازای مقادیر مختلف برای طول، شعاع، و شماره مود نانوتیر بررسی شده است. همچنین میزان تاثیرگذاری هر یک از مولفههای اثرات سطحی بر روی فرکانسهای طبیعی بطور جداگانه بررسی شده است. یکی از نتایج مهم این پژوهش این است که تاثیرگذاری مولفههای اثرات سطحی بر روی ارتعاشات آزاد پیچشی نانوتیرها کاملا متفاوت از آنچه که برای ارتعاشات آزاد عرضی نانوتیرها گزارش شده است میباشد. نتایج این پژوهش میتواند در طراحی سیستمهای نانوالکترومکانیکی مانند نانو یاتاقانها و سروو موتورهای دوار مفید باشد.
In this study, surface effects on the free torsional vibration of nanobeams are investigated. To this end, equations of motion of nanobeams incorporating the surface effects are derived using the Hamilton’s principle and based on the surface elasticity theory. Then, equations of motion are analytically solved for three types of boundary conditions: clamped-clamped, clamped-free, and free-free, and associated mode shapes and natural frequencies are obtained. Nanobeams made of aluminum and silicon are selected as case studies. A detailed study is performed to examine the surface effects on the free torsional vibration of nanobeams for various nanobeam lengths, nanobeam radii, and mode numbers. In addition, influences of each of the surface parameters on torsional natural frequencies are separately investigated. The results show that influences of the surface effects on the free torsional vibration of nanobeams are completely different from those on the free transverse vibration of nanobeams. Results of the present study can be useful in design of nano-electro-mechanical systems like nano-bearings and rotary servomotors.
https://mej.aut.ac.ir/article_564_67f3fa745daa1f86f84fa5332bbac3f0.pdf
نانوتیر
ارتعاشات پیچشی
فرکانس طبیعی
اثرات سطحی
Nanobeam
Torsional vibration
Natural frequency
Surface effects
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
317
324
10.22060/mej.2016.742
742
Research Article
بررسی تحلیلی ارتعاش آزاد غیرخطی ورق نازک مستطیلی مگنتوالکتروالاستیک بر روی یک بستر غیرخطی
Analytical investigation on free nonlinear vibration of thin rectangular magneto-electro elastic plate on an onlinear fundation
سهیل رضوی
soheilrazavi@outlook.com
1
علیرضا شوشتری
al.shooshtari@gmail.com
2
گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران
گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران
در این مقاله، ارتعاش آزاد غیرخطی ورق نازک مستطیلی مگنتوالکتروالاستیک بررسی شده است. ورق بر روی یک بستر غیرخطی قرار گرفته است و برای استخراج معادلات حرکت از توری کلاسیک ورق استفاده شده است. ورق به دو صورت تکلایهای یکنواخت و مدرج در نظر گرفته شده است. تکیهگاه ورق به صورت ساده در نظر گرفته شده و سطوح بالا و پایین ورق تحت اختلاف پتانسیلهای الکتریکی و مغناطیسی قرار گرفتهاند. معادله حرکت این ورق هوشمند بر اساس تئوری کلاسیک ورقها و معادلات گاوس برای حالتهای الکترواستاتیک و مگنتواستاتیک به دست آمده است. سپس، معادله حرکت حاصل با استفاده از روش گلرکین از معادلات دیفرانسیل مشتقات جزیی به معادلات دیفرانسیل زمانی تبدیل گردیده است.سپس این معادله دیفرانسیا معمولی غیر خطی با استفاده از روش مقیاسهای زمانی چندگانه به صورت تحلیلی حل شده است و رابطه تحلیلی برای فرکانس طبیعی غیر خطی بدست آمده است. در آخر با استفاده از این رابطه تأثیر پارامترهای مختلف نظیر ابعاد ورق، پارامتر بستر و اختلاف پتانسیلهای الکتریکی و مغناطیسی بر روی پاسخ غیرخطی ورق مورد مطالعه قرار گرفته است.
In this paper, nonlinear free vibration of magneto-electro-elastic rectangular thin platebased on classical plate theory is investigated. The plate is supported by a nonlinear foundation and simply-supported boundary condition is assumed along all edges. The plate is considered in two forms; uniformly distributed one-layered plate and the functionally graded one. The plate is subjected to electric and magnetic potentials between top and bottom surfaces. Equations of motion of this smart plate are obtained by using classical plate theory along with the Gauss laws for electrostatics and magnetostatics. Then the partial differential equations has been converted to an ordinary differential equation using Galerkin method. The obtained nonlinear equation of motion is solved analytically by using multiple time scales method and an analytical relation for nonlinear natural frequency has been obtained. The accuracy of this relation has been validated by comparing the results of literature.Using this relation, the effects of several parameters like plate's dimension, foundation parameter and electric and magnetic potentials on the nonlinear response of the plate are studied.
https://mej.aut.ac.ir/article_742_d7062595713bf890b0dbe83668067af3.pdf
"ورق هوشمند"
"کوپلینگ مگنتوالکتروالاستیک"
"تئوری کلاسیک ورق"
" روش لیندشتات-پوانکاره"
Smart plate
magneto-electric coupling
classical plate theory
Lindstedt-Poincare method
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
325
340
10.22060/mej.2016.758
758
Research Article
بررسی عددی اثر پارامترهای محیطی بر پایداری دینامیکی یک کپسول بازگشتی
Numerical investigation of environmental parameters on dynamic stability of a reentry capsule
رامین کمالی مقدم
ramin.kamali82@gmail.com
1
مینا شاکری
mina_shakeri@ymail.com
2
پژوهشگاه هوافضا، تهران، ایران
پژوهشگاه هوافضا، تهران، ایران
موضوع کنترل و ناپایداری دینامیکی کپسولهای بازگشتی، به دلیل پیچیدگی تاثیر پارامترها بر همدیگر در جریان غیردائم و عدم درک صحیح فیزیکی این پدیده، همواره از سوی محققین مورد توجه بوده است. یکی از مشکلات عمده هندسههای بلانت این است که در برخی سرعتها و شرایط محیطی دارای ناپایداری دینامیکی میشوند. بنابراین تعیین محدوده ناپایداری و مقدار ضریب گشتاور این ناپایداری یکی از اصلیترین قسمتهای کنترل کپسولهای برگشتی میباشد. در این مقاله شبیهسازی عددی سهبعدی جریان ناپایا حول یک کپسول بازگشتی تحت نوسانات پیچشی اجباری به روش شبکهبندی لغزشی صورت گرفته و پس از اعتبارسنجی نتایج و بررسی استقلال حل از شبکه، تاثیر پارامترهای محیطی شامل زاویه حمله، عدد ماخ و فرکانس نوسانات بر پایداری دینامیکی کپسول مورد تحلیل قرار میگیرد. به این منظور نتایج مورد نظر از نرمافزار فلوئنت استخراج شده و ساختار جریان حول کپسول در شرایط مختلف بررسی میشود. مشتقات دینامیکی طولی که برای تحلیل پایداری یک جسم در حرکت نوسانی پیچشی مورد نیاز میباشند تعیین شده و نهایتاً روند تاثیر پارامترهای فوق بر مقدار مشتقات دینامیکی مشخص شده است. در این تحقیق محدوده تغییرات زاویه حمله متوسط بین 0 تا 15 درجه، تغییرات عدد ماخ بین 8/0 تا 2 و تغییرات فرکانس کاهش یافته بین 056/0 تا 224/0 میباشد. استفاده از شبکهبندی لغزشی در شبیهسازی نوسانات پیچشی کپسول موسسسی که سرعت محاسبات را به شدت افزایش میدهد، تجمیع اثر چندین پارامتر بر پایداری دینامیکی این کپسول و چگونگی تحلیل و بررسی روند و علل تغییرات پایداری دینامیکی در شرایط مختلف، جزو اهداف اصلی این مقاله بشمار میرود. نتایج تحلیل تاثیر پارامترهای مختلف بر پایداری دینامیکی حول کپسول موسسسی نشان میدهد که فاصله گرفتن از زاویه حمله متوسط صفر باعث افزایش پایداری دینامیکی کپسول مورد نظر شده و ناپایداری دینامیکی آن در رژیم مادونصوت حالت بحرانیتری نسبت به رژیم مافوقصوت دارد و همچنین با افزایش فرکانس نوسانات، پایداری دینامیکی کپسول موسسسی افزایش مییابد.
Dynamic instability and control of reentry capsules is one of interesting issues for researcher because of its complex flow structure and interaction of very parameters effects in unsteady flow. One of the main problems for reentry capsules is their dynamic instability in some velocities and environmental conditions. Thus, determination of dynamic stability criteria of this kind of capsules is one of key parameters of its design. In this paper firstly, 3D numerical simulation of unsteady flow is performed around a reentry capsule in forced pitching oscillation using slip mesh technique. After validation of the results and study of grid independency, effects of environmental parameters including the angle of attack, Mach number and frequency on the capsule dynamic stability are determined. For this aim, the results are captured by Fluent software and flow structure around the capsule are studied at different conditions. The longitude dynamic derivatives, which are needed for stability analyzing of a body in pitching oscillation, are calculated. Finally, effect of mentioned parameters on value of dynamic derivative is investigated. In the present study, variation range for the mean angle of attack is between 0 to 15 degree, for the Mach number is between 0.8 to 2 and for the frequency is between 10 to 40 hertz. Using the sliding mesh in simulation of pitching oscillation of the Muses-C capsule which decreases computational cost, study of multi-parameter on dynamic stability of this capsule and investigation of variation trend of dynamic stability in different conditions are some goles of this paper. Results of analysis of various parameters influence indicate that increasing of mean angle of attack from zero angle enhances dynamic stability. Furthermore, dynamic instability of the capsule is more critical at subsonic flow rather than supersonic flow. In addition, dynamic stability of Muses-C capsule increases by rising of oscillation frequency.
https://mej.aut.ac.ir/article_758_8e19b642281d3c87f3e270f7ee0c0de3.pdf
بررسی پارامتری
پایداری دینامیکی
اجسام بازگشتی
نوسانات پیچشی اجباری
Parameter Study
Dynamic Stability
Reentry Vehicle
Forced Pitching Oscillation
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
341
350
10.22060/mej.2016.780
780
Research Article
تشخیص عیب سایش دنده در گیربکس دمی بالگرد با کمک الگوی شناسایی نزدیکترین همسایگی
Gear wear’s fault diagnosis in tail gearbox of helicopter: using K nearest neighbor recognition pattern
هادی سعیدی
h_saeidi@mecheng.iust.ac.ir
1
میرسعید صفی زاده
safizadeh@iust.ac.ir
2
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
کاربرد سیستمهای دوار در صنایع هوایی، صنایع نیروگاهی و صنعت خودرو و بسیاری از صنایع دیگر مرسوم و متداول میباشد. تعمیر و نگهداری سیستمهای دوار بر اساس منطقهای سنتی در صنایع مختلف بسیار هزینهبر میباشد. از اینرو عیبیابی هوشمند سیستمهای مهندسی و به خصوص مکانیکی از مسائل با اهمیت و رو به رشد صنایع روز دنیا میباشد.در این پژوهش که بر روی سیستم انتقال قدرت گیربکس 90 درجه بالگرد یا به عبارتی دم بالگرد صورت گرفته است، یک سیستم عیبیابی هوشمند برای عیب سایش چرخدنده در گیربکس 90 درجه یک بالگرد ارائه شده است. برای طراحی این سیستم عیبیابی هوشمند، یک مجموعه آزمایشی شامل گیربکس واقعی 90 درجه بالگرد به همراه شافتهای مربوطه و شرایط تکیهگاهی واقعی طراحی و ساخت شده است. عیب شبیهسازی شده بر روی سیستم مورد نظر عیب سایش بر روی دنده پینیون ورودی میباشد که این عیب در سه مرحله ایجاد شده است. گیربکس در شرایط دور و بار مختلف در حالت سالم و معیوب مورد آزمایش قرار گرفت. در طراحی این سیستم عیبیابی هوشمند از تکنیکهای زمانی آنالیز سیگنال، تبدیل موجک گسسته، آنالیز مولفه-های اصلی و تکنیکهای تصمیمگیری خودکار نظیر روش الگوی شناسایی نزدیکترین همسایگی استفاده شده است.
Rotary systems application in aerospace, power stations, automotive industries and many others is prevalent. Maintenance of rotating system based on traditional logics is very expensive in different industries. Therefore, intelligent fault detection of engineering systems, especially mechanical ones, is important and growing issues in the industries all around the world.In this research which done on power transmission system in tail gearbox of helicopter, an intelligent fault detection system for gear wear in tail gearbox of helicopter represented. For designing an intelligent testing system, an experimental set-up consisted of tail gearbox of helicopter with its related shafts and a real fix support condition designed and developed. Simulated fault on considered system is pinion wheel input wear, which was created in three stages، various conditions of gearbox in intact and damage state was studied .In designing this intelligent fault detection system time-domain signal analysis, discrete wavelet transform, Principal component analysis and automatic decision making techniques such as k nearest neighbor recognition method used.
https://mej.aut.ac.ir/article_780_3ca4c6e23f80cfdace8e362da4dc7daf.pdf
پایش وضعیت گیربکس دم بالگرد
عیب سایش دنده
تبدیل موجک گسسته (DWT)
الگوی شناسایی نزدیکترین همسایگی (KNN)
آنالیز مولفه های اصلی (PCA)
Condition monitoring of helicopter tail gearbox
Gear wear’s fault
Discrete wavelet transform (DWT)
K nearest neighbor (KNN)
Principal component analysis (PCA)
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
351
362
10.22060/mej.2016.623
623
Research Article
محاسبه محدوده مجاز تغییرات پارامترهای دینامیکی یک خودرو مفصلی برای حفظ پایداری
Computation of Permissible Perturbations in Dynamic Parameters of an Articulated Vehicle to Maintain Stability
حسنیه بردباری
hosniye_bordbari@yahoo.com
1
سید محمد بزرگ
bozorg@yazd.ac.ir
2
محمد مهدی جلیلی
jalili@yazd.ac.ir
3
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران
هدف این تحقیق، محاسبه محدوده مجاز تغ ییرات پارامترهای نامعین مؤثر در گشتاور و نیروهای وارد بر لاستیک یک خودرو مفصلی، برای حفظپایداری است. در این راستا، مدل هفت درجه آزادی از این خودرو که با سرعت طولی ثابت در مسیر مستقیم حرکت و دچار اغتشاش در صفحه حرکتخود م یشود، انتخاب شده است. برای بهبود رفتار خودرو مفصلی تحت شرایطی که پارامترهای نامعین در مقادیر نامی خود قرار دارند، یک کنتر لکنندهپسخورخروجی که متغیرهای قابل انداز هگیری سیستم را بازخورد م یکند، طراحی شده است تا سیستم عملکرد مطلوبی در حضور اغتشاشات داشته باشد.سپس، محدوده های پایداری مقاوم پارامترهای تایر و جاده، از جمله سختی لغزش طولی، سختی لغزش جانبی و سختی گشتاور هم راستاساز به منظور حفظپایداری حرکتی خودرو، محاسبه شده اند. با خطی سازی معادلات حرکت خودرو معادله مشخصه سیستم به صورت یک چند جمل های با ساختار نامعین چن دخطیحاصل م یشود. در این ساختار، ضرایب چندجمل های خود توابعی چندخطی از پارامترهای نامعین سیستم هستند، ب هطوری که هر ضریب بر حسب هر یکاز پارامترهای نامعین خطی است. ب ههمین دلیل، از نتایج موجود در روش چندجمله ا یها در زمینه کنترل مقاوم برای محاسبه محدوده پایداری نامعین یهایپارامتری استفاده شد هاست. رسم مکان هندسی ریش هها، نشان م یدهد که برای تمامی نقاط داخل و روی مرز محدوده سیستم پایدار است. برای بررسینتایج در شرایط واقع یتر، مدل شبیه ساز یشد های از این خودرو در نرم افزار ادامز ایجاد شده و درستی این محدوده پایداری مقاوم مورد بررسی قرارگرفت هاست.نتایج نشا نداده است در خارج از این محدوده، خودرو ناپایدار است و فقط محدوده محاسبه شده م یتواند حرکت ایمن خودرو را تضمین کند.
The aim of this research is to compute the allowable ranges of the uncertain parameters, affecting the torques and forces working on the tires of an articulated vehicle, to maintain stabilty. A seven-degree-of-freedom model of the vehicle is adopted, while it moves on a straight track. A nominal output feedback controller is designed for the model of the vehicle with nominal parameters, in order to attain acceptable performance in the presence of external disturbances.Due the multi-linear structure of the characteristic equation of the linearized model of the vehicle, the polynomial method is used to compute the stability margins for the uncertain parameters. The computed margins are verified by plotting the root-locus of the closed-loop poles of the system when the parameters are perturbed inside the computed margins. Also, a more realistic model of an articulated vehicle is built in the environment of ADAMS software to verify the computed stability margins. It is observed that the computed bounds of parameter perturbations are relatively exact and the perturbations out of the computed ranges result in instability.
https://mej.aut.ac.ir/article_623_88308fa3c82d438379fe3e5c45c5c120.pdf
خودرو مفصلی
محدوده پایداری مقاوم
ساختار چندخطی
روش چندجمله ای ها
کنترل مقاوم
Articultaed Vehicle
Robust Stability Margin
Multilinear Structure
Polynomial Method
Robust Control
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
363
370
10.22060/mej.2016.621
621
Research Article
مدل سازی و شبیه سازی راه اندازی توربین گازی MGT-70
Modeling and Simulation of MGT-70 Gas Turbine start-up procedure
علی غفاری
ghaffari@kntu.ac.ir
1
رسول اخگری
rasoul.akhgari@gmail.com
2
اسحاق عباسی
abbasi.eshagh@mapnaturbine.com
3
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
کارشناسی ارشد مکانیک، کرج، ملارد، شرکت توگا
در این مقاله رفتار دینامیکی توربینهای گازی توان بالا در مرحلهی راهاندازی تحلیل و ویژگیهای آن بررسی میشود. راهاندازی توربین گاز یک فرایند شبه گذرا است. بنابراین برای ارزیابی مناسب رفتار توربین گاز از فرم انتگرالی معادلات گذرای بقای جرم، مومنتوم، انرژی و در کنار آنها معادلهی حالت گاز کامل استفاده میشود. یک روش جدید برای تحلیل عملکرد کمپرسور پیشنهاد میشود. طبقات کمپرسور به سه دسته (جلویی، میانی، انتهایی) تقسیم میشود که هر کدام منحنی عملکرد متفاوتی در دورهای پایین دارند. همچنین تأثیر استفاده از شیرهای تخلیه طبقات میانی بررسی خواهد شد. در نهایت رفتار دینامیکی توربین گاز 160 مگاواتی مپنا در مرحله راهاندازی شبیهسازی میشود. نتایج شبیه-سازی با دادههای تجربی مقایسه شده و مطابقت خوبی میان آنها دیده میشود. این پژوهش نقش مهم یک براورد دقیق از برنامه راهاندازی (میزان سوخت، شیرهای تخلیه هوا، توان موتور راهانداز) در عملکرد پایدار کمپرسور و به دنبال آن توربین گاز را نشان میدهد.
In this paper, the transient behavior of heavy duty gas turbines in the starting regime is analyzed and its characteristics are evaluated. Starting a gas turbine is quasi-transient process. So, the integral form of unsteady conservation equations and the ideal gas state equation are used in order to model the system. A new method is proposed to analyze the compressor performance of gas turbine during start-up condition. Compressor stages are grouped into three categories (front, middle, rear), which each of them have a different performance curve in low-speed. Also, the effects of the inter-stage bleed valves modulation are investigated. Finally, the dynamic behavior of a 160 MW MAPNA gas turbine is simulated during start-up condition. The simulation results are compared with the field data and a good agreement is between them. This research has shown the important rule of an exact estimation of start-up procedure (fuel, blow off valves, power of starter motor) for stable operation of compressor and, eventually, of the gas turbine.
https://mej.aut.ac.ir/article_621_9df44e766fcaaeff84d318d9b45f37a6.pdf
رفتار گذرا
مدلسازی
راهاندازی
توربین گاز
مشخصههای عملکردی
Transient behavior
Modeling
start-up
Gas turbine
bleed valve
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
371
378
10.22060/mej.2016.667
667
Research Article
طراحی و شبیه سازی کنترلکننده مد لغزشی ترمینال سریع به منظور نگهداری خودرو بین خطوط با بهرهگیری از نمونهسازی مجازی
Design and Implementation of Fast Terminal Sliding Mode Control for Vehicle Lane Keeping by Using Virtual Prototyping Simulations
امیر حسین ابوالمعصومی
a.abolmasoumi@gmail.com
1
مهدی سلیمانی
msoleymani@gmail.com
2
امیر شاه محمدی
shahmohamadi14@gmail.com
3
مظاهر مهدیزاده
mehdizadeh.mazaher@yahoo.com
4
گروه مهندسی برق، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اراک
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اراک
مهندسی مکاترونیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اراک
مهندسی مکاترونیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اراک
در این مقاله یک روش جدید برای بهبود عملکرد ردیابی مسیر اتوماتیک، برای یک خودرو چرخ جلو فرمان پذیر ارائه شده است که مبتنی بر تکنیک کنترل مد لغزش ترمینال سریع به منظور افزایش نرخ همگرایی و دستیابی به کنترل ردیابی در زمان محدود است. کنترلکننده پیشنهادی همچنین در برابر عدم قطعیتها و اغتشاشات جاده، مقاوم است. در ابتدا با استخراج مدل دینامیکی دوچرخه خودرو، اعتبارسنجی مدل با پارامترهای درنظر گرفته شده به کمک یک نمونه مجازی از خودروی مورد نظر که در محیط نرمافزار آدامز توسعه داده شده است انجام می شود. از آنجا که رفتار مدل ریاضی مورد استفاده در طراحی با نمونه مجازی ساخته شده با تقریب نزدیکی یکسان است، در مرحله بعد طراحی کنترل مد لغزشی ترمینال سریع را که دارای زمان همگرایی کمتر نسبت به کنترل مد لغزشی معمولی و مد لغزشی ترمینال است به کمک مدل دینامیکی ریاضی و سطح لغزشی غیرخطی انجام میشود. کنترلکننده طراحیشده سپس بر نمونه مجازی از خودروی مورد نظر با استفاده از تکنیک شبیهسازی همزمان نرمافزارهای آدامز و متلب برای سنجش عملکرد کنترلهای نگهدارنده خودرو بین خطوط استفاده شده است. نتایج بدست آمده کارآمدی کنترلکننده، در سرعت بخشیدن به امر ردیابی مسیر و پایداری انحراف پیچشی ، تحت اغتشاش جاده و عدم قطعیت در پارامترهای مدل را نشان میدهند.
This paper presents a new method to improve the lane tracking performance and to create automatic lane keeping system for Active Front Steering (AFS) vehicles. To achieve full tracking and stabilize the lateral position of the vehicle, a new approach based on the Fast Terminal Sliding Mode Control (FTSMC) is proposed which is responsible for reducing the rate of convergence and getting finite-time tracking control. Moreover, it is shown that the proposed controller is robust against vehicle mass uncertainties and external disturbances. In this research, to design a lane keeping controller, a lateral dynamic model of vehicle is firstly extracted based on three-dimensional motion equations. To verify the effectiveness of our method, an especial configuration for virtual prototyping is utilized. The results taken from co-simulation of ADAMS CAR and MATLAB show the efficiency of the control method to track the desired patch and to guarantee the yaw stability under uncertain conditions.
https://mej.aut.ac.ir/article_667_3e9cf77a8bd721d8d3ef74d5fc5c2ba3.pdf
سیستم نگهدارنده خودرو بین خطوط
کنترل مد لغزش ترمینال سریع
نمونهسازی مجازی
Lane keeping system
Fast terminal sliding mode control
Lateral dynamic model
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
379
386
10.22060/mej.2016.668
668
Research Article
تعیین چقرمگی شکست بین لایهای در چند لایههای کامپوزیتی کربن/اپوکسی با روش نشرآوایی
Acoustic Emission based Methodology to Evaluate the Fracture Toughness in carbon/epoxy composites
رضا محمدی
rezam69@aut.ac.ir
1
میلاد سعیدی فر
m.saeedifar@tudelft.nl
2
مهدی احمدی نجفابادی
ahmadin@aut.ac.ir
3
حسین حسینی تودشکی
hosseini@aut.ac.ir
4
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
کامپوزیتها شاخه مهمی از مواد پیشرفته مهندسی هستند که به دلیل داشتن ویژگیهای منحصر به فردی به طور گسترده در صنعت از آنها استفاده میشود. در این مواد امکان وقوع انواع خرابیها وجود دارد. جدایش بینلایهای یکی از شایعترین انواع خرابی در چندلایههای کامپوزیتی بوده که در انواع بارگذاریهای مود I، II یا ترکیبی از این مودها اتفاق میافتد. در پژوهش حاضر، به بررسی رفتار مکانیکی و نشرآوایی جدایش بینلایهای در کامپوزیتهای چند لایه کربن/ اپوکسی پرداخته شده و با استفاده از روش نشرآوایی، چقرمگی شکست بینلایهای کامپوزیت تعیین میشود. نمونههای استاندارد، تحت شرایط مختلف بارگذاری مود I، مود II و مود ترکیبی I و II قرار گرفتند. ابتدا، مقادیر چقرمگی شکست بینلایهای، با استفاده از روشهای ارائه شده در استانداردهای ASTM D5528 و ASTM D6671 محاسبه شدهاست. در ادامه، با استفاده از روش نشرآوایی، چقرمگی شکست بینلایهای در نمونهها تعیین گردیدهاست. نتایج بدست آمده نشان دهنده تطابق مطلوب مقادیر چقرمگی شکست بدست آمده از روش نشرآوایی با مقادیر حاصل از استاندارد است.
Fiber-Reinforced Polymer (FRP) composites are an important category of advanced engineering materials. These materials are widely used in the industry due to their unique characteristics such as high specific strength and stiffness. In FRP composite materials, there are several failure mechanisms such as matrix cracking, fiber breakage, fiber/matrix debonding and delamination. Delamination is the most striking one. In this paper, mechanical and acoustic emission (AE) behaviors of delamination are investigated under the actual operation loading modes (i.e. mode I, mode II and the combination of these pure modes). The composite laminates have been fabricated with 14 layers of woven carbon/epoxy prepregs. DCB, ENF and MMB specimens were prepared according to ASTM D5528 and D6671 standards and subjected to the different loading modes. First, inter-laminar fracture toughness of the specimens is calculated using the represented methods in ASTM D5528 and ASTM D6671 standards. Then, fracture toughness of the specimens is determined using the AE-based methods. The results indicate that, the AE-based methods have good applicability to determine the fracture toughness of the composite materials.
https://mej.aut.ac.ir/article_668_2dcd8613f87f42784492a358266024ee.pdf
جدایش بین لایهای
نشرآوایی
چقرمگی شکست بینلایهای
کربن/اپوکسی
delamination
acoustic emission
Interlaminar fracture toughness
Carbon/Epoxy
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
387
400
10.22060/mej.2016.796
796
Research Article
بررسی امکان تولید کاپوت تراکتور به صورت یکپارچه به روش هیدروفرمینگ
Investigation the possibility of producing a tractor’s hood as integrate with hydroforming method
احسان مرزبان شبرخوارکلایی
en_marzban@yahoo.com
1
محمد بخشی
bakhshi@nit.ac.ir
2
عبدالحمید گرجی
hamidgorji@nit.ac.ir
3
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران
در این پژوهش امکان تولید یک قطعه صنعتی (کاپوت تراکتور) به روش هیدروفرمینگ و به طور یکپارچه با ورق فولادی کم کربن و ناهمسانگرد ST14، که امکان تولید آن به روش کشش عمیق سنتی امکان پذیر نبود، مورد بررسی قرار گرفت. در این بررسی از روش تجربی و شبیه سازی، استفاده شده است. با توجه به شکل قطعه برای تولید در روش هیدروفرمینگ دو قطعه کنار هم قرار گرفته و بعد از تولید از وسط نصف می شود. با توجه به ابعاد بزرگ قطعه به صورت مقیاس شده در ابعاد آزمایشگاهی، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده از شبیه سازی با نمونه های شکل دهی شده در آزمایشگاه مورد مقایسه و اعتبار سنجی قرار گرفتند. با هدف کاهش هزینه تولید و افزایش کیفیت قطعه تولیدی، ابعاد اولیه ورق با چهار مرحله به روش حساسیت بهینه سازی گردید، علاوه بر آن تاثیر مسیر فشار مختلف بر روی کیفیت قطعه تولیدی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با استفاده از میسر فشار مناسب و بهینه سازی شکل ورق قطعه صنعتی مد نظر را در یک مرحله با کیفیت و دقت بالا تولید کرد.
In this study the possibility of producing a part of tractor (tractor’s hood) with anisotropic low-carbon steel sheet, ST14, through hydroforming method has been investigated which was not possible through traditional deep-drawing method. It must be mentioned that this has been done both experimentally and through finite element simulation. Due to the shape of the work piece, two of them are placed beside each other to be formed through hydroforming process, then after producing they are cut into two separate halves. Because of the big size of the work piece, the smaller simulated scaled size has been used for doing the investigation. The simulation results were compared and validated to the experimental scaled work pieces. To reduce the production costs and increase the quality of manufactured pieces, the original dimensions of the blank optimized with sensitivity method at four stages. In addition, the influence of four pressure paths were examined on the quality of the produced pieces. The results show that through using optimal pressure paths and optimizing the shape of the sheet , the part can be produced with high quality and accuracy just in one stage.
https://mej.aut.ac.ir/article_796_3dbb7fe022205b0520c2f336cc68c1e9.pdf
"کاپوت تراکتور"
"هیدروفرمینگ"
"بهینه سازی ابعاد اولیه ورق"
"ناهمسانگردی"
"tractor’s hood"
"hydroforming"
"optimization of blank size"
"anisotropy"
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
401
412
10.22060/mej.2016.799
799
Research Article
بررسی تجربی و عددی نیروی شکلدهی ورق تیتانیوم Ti-6Al-4V در فرآیند شکلدهی افزایشی گرم الکتریکی یک قطعه مخروطی
Experimental and Numerical Investigation of Forming Force of Ti-6Al-4V Sheet in Electric Hot Incremental Forming Process of a conical part
محمد هنرپیشه
honarpishe@kashanu.ac.ir
1
محمد جواد عبدالحسینی
javad_abd@yahoo.com
2
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
در این مقاله، فرآیند شکلدهی افزایشی گرم الکتریکی ورق تیتانیوم Ti6Al4V، با استفاده از آزمایشهای تجربی و تحلیل اجزای محدود بررسی شده است. آلیاژ تیتانیوم Ti6Al4V کاربرد گستردهای در صنایع هوایی دارد. از این رو، شکل دادن این آلیاژ سبک از اهمیت ویژهای برخوردار است. قابلیت شکلدهی این آلیاژ در دمای محیط بسیار پایین بوده ولی در دمای بالا میتواند به خوبی شکل داده شود. در این مقاله، شکل هندسی قطعه نهایی مخروط ناقصی بود که از شکلدهی ورق مستطیلی به دست آمد و تأثیر پارامترهای فرآیند از قبیل زاویه دیواره، اندازه گام و قطر ابزار بر مقدار نیروی شکلدهی، بررسی شده است. نتایج حاصل از انجام آزمایشها نشان دادند افزایش اندازه گام و کاهش قطر ابزار موجب افزایش نیروی شکلدهی میشود. همچنین برای شکلدهی قطعات با زاویه دیواره بزرگتر، نیروی کمتری نیاز میباشد. همچنین بررسی شکلپذیری ورق در این فرآیند، با ایجاد حرارت متمرکز بر روی آن در نرم افزار اجزای محدود آباکوس مورد تحلیل قرار گرفته است. مقایسه نتایج حاصل از تحلیل عددی و آزمایشهای تجربی این فرآیند روی ورق تیتانیومTi6Al4V، حاکی از همگرایی نتایج عددی و تجربی میباشد و اختلاف نتایج عددی و تجربی نیروی شکلدهی حدود 7/5% میباشد.
In this paper, the performance of electric hot incremental forming process is investigated on the Ti-6Al-4V sheet by FE simulation and experimental method. Ti-6Al-4V titanium alloy sheet has extensively used in aerospace industries. Therefore, forming of this lightweight alloy is very important. Ti-6AI-4V sheet has poor formability at the room temperature and can be well-formed in high temperature. In this paper, the geometrical shape of final part was a cone frustum that obtained from forming of rectangular sheet, and the effect of processing parameters, such as wall angle, step size and tool diameter, on the forming forces were investigated. The results demonstrated that the forming force are increased by increasing of step size and decreasing of tool diameter. Also, to form parts with larger wall angle, the required force is lower. The process was simulated in the ABAQUS software to investigate the process using finite element analysis. The modeling was performed using local heat on the sheet. It showed a good agreement between the experimental and numerical results of forming force and deference between both of them is about 5.7%.
https://mej.aut.ac.ir/article_799_fa6a075205f383109c722b95284d80cf.pdf
شکل دهی افزایشی گرم
ورق Ti-6Al-4V
نیروی شکل دهی
شبیه سازی اجزا محدود
Hot Incremental Forming
Ti-6Al-4V sheet
Forming force
FE Simulation
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
413
422
10.22060/mej.2016.718
718
Research Article
بررسی عوامل مؤثر بر توزیع کرنش در فرایند شکل دهی غلتکی مقطع گرد با استفاده از روش طراحی آزمایش ها
Investigation of the effective factors on strain distribution in round section roll forming process using the design of experiments
ولی علی میرزالو
v.alimirzaloo@urmia.ac.ir
1
میثم عبداله زاده گاوگانی
cyrus.ahmadi63@gmail.com
2
سیروس احمدی
si.ahmadi@urmia.ac.ir
3
علی دنیوی
a.doniavi@urmia.ac.ir
4
دانشکده مهندسی مکان کی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
دانشکده مهندسی مکان کی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
دانشکده مهندسی مکان کی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
دانشکده مهندسی مکان کی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
مقادیر و نحوه توزیع کرنشها از عوامل موثر بر عیوب هندسی در فرایند شکل دهی غلتکی می باشد. در این کار با شبیهسازی فرایند شکلدهی غلتکی سرد برای مقطع گرد با استفاده از روش اجزا محدود، عوامل موثر در توزیع کرنشها در ورق تحت تغییر شکل مورد بررسی قرار گرفته است. قطر غلتکها، فاصله بین ایستگاهها و سرعت پیمایش خطی ورق به عنوان عوامل ورودی و کرنش بیشینه طولی و یکنواختی توزیع کرنش در عرض ورق به عنوان توابع پاسخ در نظر گرفته شده است. با طراحی آزمایشها با استفاده از روش طرح مرکب مرکزی و اجرای آنها با روش تحلیل اجزا محدود، مقادیر توابع پاسخ استخراج شده و با استفاده از آنالیز واریانس، تاثیر پارامترهای ورودی بر توابع پاسخ بررسی شده است. در ادامه نتایج حاصل از آزمایشها در قالب نمودارهای اثرات اصلی و متقابل استخراج و بحث شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که طبق آنالیز واریانس و نمودارهای اثرات اصلی با افزایش فاصله ایستگاهها و قطر غلتکها، کرنش بیشینه طولی کاهش می یابد. همچنین طبق نتایج آنالیز واریانس، تغییرات سرعت خطی ورق و قطر غلتکها بر روی مدل تابع پاسخ یکنواختی توزیع کرنش عرضی موثر هستند ولی محدوده تغییرات خیلی کم است. همچنین تغییرات فاصله بین ایستگاهها بر یکنواختی توزیع کرنش عرضی بی اثر است.
Geometric defects of the roll forming process are affected by amount and situation of the strains distribution. In this work, simulation of the round section roll forming process has been implemented using the finite element method. Effective factors on the strain distribution have been investigated. Roller diameter, distance between the stations and line speed of the sheet as input parameters and maximum longitudinal strain and strain distribution uniformity of across the sheet was considered as the response functions. Design of experiments was conducted using the central composite design (CCD). They were executed by finite elemet method and then values were extracted for response functions. The effect of input parameters to the function response was investigated using the analysis of variance. The results of tests were indicated and discussed by the main and interactions effects diagrams. The results demonstrated that according to the analysis of variance and main effect diagrams, with increasing the distance of stations and roller diameter, the maximum longitudinal strain is reduced. According to the analysis of variance On the other hand, the line speed of sheet and roller diameter affecte on the transverse strain distribution, but variation domain is very low. Also distance between the stations has not efficient effect on the transverse strain distribution.
https://mej.aut.ac.ir/article_718_be9071905d30695905242d24e1478bc7.pdf
شکل دهی غلتکی شبیه سازی اجزای محدود طراحی آزمایشها توزیع کرنش
Roll forming FEM simulation Design of experiments Strain distribution
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2017-07-23
49
2
523
430
10.22060/mej.2016.752
752
Research Article
بررسی عددی جریان مذاب و عمق نفوذ HAZ در فرآیند جوشکاری لیزر ورق از جنس آلیاژ تیتانیوم Ti6Al4V
Numerical study of melt flow and depth of HAZ in laser welding of titanium alloy plate Ti6Al4V
جابر ملکی نژاد
maleki.jaber68@yahoo.com
1
مجید قریشی
ghoreishi@kntu.ac.ir
2
علی خرم
alikhorram@ymail.com
3
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران
در این مقاله توزیع دما، جریان مذاب و عمق نفوذ منطقه متأثر از حرارت در فرآیند جوشکاری لیزر آلیاژ تیتانیوم Ti6Al4V در ورقهای به ضخامت 7/1 میلیمتر بررسی شده است. به علت هزینه بالای آزمایشهای مربوط به جوشکاری لیزر، از روش حجم محدود به منظور پیشبینی رفتار جوش روی قطعه استفاده میگردد. شبیهسازی، یکی از روشهای کاهش هزینه و یافتن تنظیمات بهینه میباشد. برای شبیهسازی از روش حجم محدود سیال و از نرمافزار اپن فوم استفاده است. برای صحهگذاری روش پیشنهادی، از نتایج تجربی حاصل شده در زمینه شکل هندسی جوش و توزیع دمای ناشی از فرآیند جوش استفاده میشود. شبیهسازی فرآیند مذکور با در نظر گرفتن نیروهای شناوری و مارانگونی و فرضیات بوزینسک انجام می پذیرد. خواص ترمودینامیکی مستقل از دما و خواص مکانیکی آلیاژ با منبع حرارت گوسین در نظر گرفته شده است. نتایج عددی و تجربی تطابق خوبی با یکدیگر داشته و مدل شبیهسازی شده برای این نوع فرآیند جوشکاری، پیشبینی خوبی از توزیع دما، جریان مذاب و همینطور عمق نفوذ مذاب در قسمتهای مختلف قطعه را ارائه میدهد. برای همین مدل شبیهسازی شده قابل استفاده در طراحی و ارزیابی پارامترهای مختلف جوشکاری قطعات میباشد.
In this paper, temperature distribution, melt flow and depth of heat affected zone (HAZ) in LASER welding of Ti6A14V Titanium alloy platen of 1.7 mm thickness have been studied. Due to high costs of practical LASER welding experiments, finite volume method was employed to predict the weld behavior on the specimen. Simulation is an superior method in finding optimized settings which reduces the costs as well. Fluid finite volume method and Open Foam software were employed in simulation. In order to verify the simulation results, experimental data obtained from weld geometry and temperature distribution were used. Buoyancy and Marangoni forces and boussinesq assumptions, were considered intently in simulation process. Moreover, thermodynamic properties were assumed independent of temperature and Gaussian heat source was employed for mechanical properties. Numerical results have good agreement with experimental results. The developed model can predict temperature distribution, melt flow in different parts of plate and melt penetration depth properly. This model can also be used for design and evaluation of welded parts.
https://mej.aut.ac.ir/article_752_21e86bfca426855da2121b269acd5abe.pdf
جوشکاری لیزر
جریان مذاب
روش حجم محدود
توزیع دما
Laser welding
Melt flow
Finite volume method
temperature distribution