per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
665
672
10.22060/mej.2016.725
725
Research Article
تعیین ضرایب شدت تنش حرارتی پایدار در استوانه حاوی ترک نیمبیضوی محیطی
Determination of Steady State Thermal Stress Intensity Factors for Semi-Elliptical Circumferential Cracks in Cylinders
سید مهدی نبوی
nabavi@mut.ac.ir
1
امین زارعی
aminzarei_4@rocketmail.com
2
مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران
مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران
در این مقاله حل بستهی ضرایب شدت تنش در نقطهی عمقی ترک نیمبیضوی محیطی واقع در سطح داخلی استوانه بدست آمده است. استوانه تحت فشار (داخلی و خارجی) و انتقال حرارت از نوع جابجائی اجباری با سیال است. جهت تحلیل، ابتدا تابع وزن نقطهی عمقی برای ترک نیمبیضوی محیطی با استفاده از دو بار مرجع ارائه شده است. انتخاب بار مرجع به صورت بارگذاری یکنواخت و خطی افزایشی روی سطح ترک در نظر گرفته شده و به هر کدام یک منحنی که تابع نسبت منظر ترک و عمق نسبی آن است برازش شده است. سپس مسأله حرارتی در حالت پایدار مورد بررسی قرار گرفته و ضرایب شدت تنش با استفاده از تابع وزن بدست آمده محاسبه شده است. اعتبارسنجی مدل ارائه شده در حالت خاص بارگذاری با نتایج سایر مقالات در حالات خاص بارگذاری مقایسه شده است که بیانگر دقت خوبی است. در ادامه اثرات نسبت منظر، عمق نسبی و نوع انتقال حرارت جابجایی روی ضرایب شدت تنش مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان میدهد که ترکهای کمعمق در برخی حالات بارگذاری و اشکال ترک نسبت به ترکهای عمیقتر بحرانیتر هستند و حل حالت اعمال دما در سطح داخلی استوانه نسبت به حالت جابجائی اجباری محافظهکارانهتر است.
In this paper, the closed-form stress intensity factors are calculated at the deepestpoint of a circumferential semi-elliptical crack located at the inner surface of a cylinder. The cylinderis subjected to pressure (internal and external) and the inner surface of the cylinder is subjected toconvection cooling. To solve the problem, initially, a weight function is derived for the deepest point ofthe circumferential semi-elliptical crack using two reference loads. Then, the steady state solution of thethermoelasticity problem is derived and, finally, the stress intensity factors are extracted using the weightfunction method. For some special cases of loading, the results of the present theory are compared withavailable solutions in the literature indicating an acceptable agreement. Moreover, the effects of crackrelative depth and aspect ratio and heat transfer type on the thermal stress intensity factors are studied.The extracted results demonstrate that for some cases of loading and crack geometry, shallow cracks aremore critical than deep ones and the solution of conduction heat transfer is more conservative than theforced convection one.
https://mej.aut.ac.ir/article_725_397e555285b16247cc8f5a589b0fa5c3.pdf
ترک نیمبیضوی محیطی
روش تابع وزن
ضریب شدت تنش
استوانه
Circumferential semi-elliptical crack
Weight function method
Stress intensity factor
Cylinder
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
673
684
10.22060/mej.2016.747
747
Research Article
تحلیل خزش وابسته به زمان و پیش بینی عمر خزشی استوانه های چرخان توخالی ساخته شده از فولاد آلیاژی به کمک معادله ساختاری گستره تتا و پارامترشکست لارسن میلر
Time-Dependent Analysis and Creep Life Prediction of Rotating Hollow Cylinders using Theta Projection Concept and Larson Miller Parameter
هادی محمدی هویه
mohammadihadi34@yahoo.com
1
مهدی صفری
mehdi.safari671@gmail.com
2
عباس لقمان
aloghman@kashanu.ac.ir
3
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ایوانکی، گرمسار، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
در این پژوهش تنش ها ، کرن شها ، آسیب خزشی و عمر باقیمانده استوانه جدار ضخیم چرخان، به کمک معادله ساختاری گستره تتا و پارامتر لارسن میلر بررس یشده است. بارگذاری شامل فشار داخل و خارج، گرادیان دما و اینرسی دورانی م یباشد. استفاده از روابط تنش-کرنش، کرنش-جابه جایی و تعادل منجر به دست یابی به معادله دیفرانسیلی مرتبه دوم و غیرهمگن شامل تر مهای کرنش خزشی برای جابه جایی شعاعی م یگردد. با صفر قرار دادن مقادیر کرنش خزشی حل ترموالاستیک مسأله در لحظه صفر حاصل م یگردد. با درنظر گرفتن کرن شهای خزشی در معادله مذکور و مشت قگیری از آن نسبت به زمان، معادله دیفرانسیلی شامل تر مهای نرخ کرنش خزشی شعاعی و مماسی برای نرخ جابه جایی شعاعی به دستمی آید. با ترکیب معادله ساختاری گستره تتا و روابط پراندتل - روس و جایگذاری به جای نرخ کرن شهای خزشی در معادله دیفرانسیل قبلی و حل عددی آن، نرخ جاب هجایی شعاعی و سپس تن شهای جاری در سرتاسر استوانه محاسبه م یشود. سپس به کمک پارامتر لارسن میلر و با استفاده از مدل طراحی رابینسون تاریخچه آسیب خزشی و عمر باقیمانده در امتداد ضخامتاستوانه به دست می آید. نتایج حاصله نشان داد که بیشترین آسیب خزشی در سطح داخلی و کمترین آن در سطح خارجی استوانه واقع میگردد.
In this work, stresses, strains, creep damage and remnant life for rotating thick walled hollow cylinder made of alloy steel using the theta projection concept and Larson miller parameter are investigated. Loading is composed of internal and external pressure, a distributed temperature field and a centrifugal body force. Using stress-strain, strain-displacement and equilibrium relations a second-order non-homogenous differential equation containing creep strains for radial displacement is obtained. With ignoring amounts of creep strains, thermo-elastic solution of constitutive equation at zero time is achieved. With considered creep strains in mentioned differential equation and differentiating with respect to a time, a differential equation consist of radial and circumferential creep strain rates for radial displacement rate is obtained. By combining theta projection model and Prandtle-Reuss relations and substituting instead strain rates in last differential equation and then numerically solving that, radial displacement rate and stresses are calculated. Using Larson effective stress at each point and Miller parameter and Rabinson's rule, creep damage and remnant life redistributions along the thickness of cylinder are achieved. It has been found that maximum and minimum creep damage is occurred at inner and outer surfaces of cylinder respectively.Also remaining life at outer surface is more than inner surface.
https://mej.aut.ac.ir/article_747_acd42b6f4b2db76fff3bd084cd32ccb3.pdf
آسیب خزشی
معادله گستره تتا
عمرباقیمانده
پارامتر لارسن میلر
استوانه چرخان
creep damage
theta projection
remnant life
Larson Miller parameter
rotating cylinder
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
685
696
10.22060/mej.2016.727
727
Research Article
مطالعه عددی رفتار لوله های فلزی مشبک و تأثیر اندازۀ سطح مقطع و چند لایه کردن لوله ها تحت بارگذاری ضرب های محوری با سرعت کم
Numerical Behavior Study of Expanded Metal Tube Absorbers and Effect of Cross Section Size and Multi-Layer under Low Axial Velocity Impact Loading
علی قدس بین جهرمی
ali.ghodsbin.j@gmail.com
1
حسین حاتمی
hatami.h@lu.ac.ir
2
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
استاد یار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه لرستان
در این مقاله عملکرد لوله های فلزی مشبک تحت بارگذاری ضربه ای محوری ارائه شده است. از ورق های فلزی مشبک به صورت استوانه ای به عنوان جاذب انرژی استفاده شده است. ورق های فلزی جدار نازک مشبک نسبت به وزن کمی که دارند دارای ظرفیت جذب انرژی بالایی هستند. جهت سلولی ورق های فلزی مشبک بر روی رفتار لوله فلزی مشبک تاثیر زیادی می گذارد. در این مطالعه از ورق های فلزی با زاویه سلولی 0=α برای ایجاد لوله های فلزی مشبک به عنوان جاذب انرژی استفاده شده است. در این پژوهش، به منظور بررسی عملکرد لوله های فلزی مشبک در اثر فروریزش و دستیابی به جذب انرژی حداکثری، به مطالعه عددی تاثیر اندازه ی سطح مقطع و چند لایه کردن لوله های فلزی در رفتار جاذب انرژی پرداخته شده است. مطالعات عددی به وسیله نرم افزار المان محدود آباکوس انجام شده است. خروجی نرمافزار آباکوس به صورت نمودار نیرو جابه جایی نمایش داده شده است. در این پژوهش، بررسی عددی نوع فروریزش، نمودارهای نیرو-جابه جایی و پارامترهای موثر انجام شده است. از نتایج بدست آمده مشاهده شد که افزایش اندازه سطح مقطع و چند لایه کردن لوله های فلزی تاثیر قابلتوجهی در نیروی لهیدگی بیشینه اولیه و ظرفیت جذب انرژی لوله های فلزی مشبک دارد و چند لایه کردن لوله های فلزی موجب بهبود بازده لهیدگی میشود.
In this paper, the performance of the Expanded Metal Tube absorbers under axis impactloading was investigated. A cylindrical expanded metal sheets is used as an energy absorber. Thin-walledexpanded metal sheets, despite their low weight, have high energy absorption capacity. The cellulardirection of expanded metal sheets will have a large impact on the absorber behavior. In this study, asheet with angle α=0 is used to create a cylindrical Expanded Metal Tube absorber. In this study, toevaluate the performance of energy absorption caused by the collapse and to achieve maximum energyabsorption, a numerical study of the effect of the cross-section size and making the absorber a multi-layerone on the energy absorption behavior has been discussed. Numerical studies have been performed bythe ABAQUS Finite Element Method software. The output of ABAQUS software is displayed in formof the force-displacement diagram. In this study, numerical investigation of collapse, force-displacementand the effective parameters have been carried out. From the results obtained, it was observed thatincreasing the size of the cross-section and making the absorber multi-layer , will have a significanteffect on the initial maximum crushing force and energy absorption capacity and making the absorber amulti-layer improves the crushing efficiency.
https://mej.aut.ac.ir/article_727_fcbe7fd69e12c3ecb6ad47f3cef1e4e3.pdf
لوله های فلزی مشبک
اجزا محدود
بارگذاری ضربه ای
اندازه سطح مقطع
چند لایه کردن لوله
Expanded metal tube absorbers
finite element
Impact loading
Cross section size
Multi-layer tube
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
697
708
10.22060/mej.2016.767
767
Research Article
تأثیر پریلود، سرعت و نسبت خروج از مرکزی روتور بر عملکرد ترموهیدرودینامیکی یاتاقان های ژورنال دولبُ
Effects of Preload, Speed and Eccentricity Ratio of Rotor on the Thermohydrodynamic Performance of Two Lobe Journal Bearings
ابوالفضل رسولی زاده شورکی
arasoolizadeh@gmail.com
1
اصغر دشتی رحمت آبادی
dashti@yazd.ac.ir
2
مهدی زارع مهرجردی
mahzare@yahoo.com
3
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران
دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اردکان، اردکان، ایران
تحلیل عملکرد یاتاقانهای ژورنال روغنی با توجه به رشد روزافزون بکارگیری آنها بهعنوان تکیهگاه قطعات دوار در طیف گستردهای از ماشینهای صنعتی از اهمیت ویژهای برخوردار میباشد. تنشهای برشی و نیروهای اصطکاکی متناسب با سرعت لایههای روانکار در نقاط مختلف فضای لقی یاتاقان، زمینه تغییر شرایط دمایی را فراهم میآورند. عوامل مختلفی نظیر افزایش سرعت محور، کاهش پهنای فضای لقی و کوچکی ضرایب انتقال حرارت روانکار، محور و پوسته یاتاقان زمینه تشدید تغییرات دمایی روانکار را موجب میگردند. با توجه به اینکه در نظر گرفتن اثرهای حرارتی میتواند تأثیر قابل توجهی بر عملکرد استاتیکی یاتاقانهای ژورنال داشته و نتایج را تا حد قابل توجهی به شرایط عملکرد واقعی نزدیک سازد از این رو در پژوهش حاضر تأثیر پارامترهای طراحی نظیر سرعت دوران محور و میزان پریلود یا غیرمدوری بر تغییرات دمایی و کیفیت توزیع فشار فیلم روانکار، قابلیت حمل بار و زاویه وضعی تعادلی روتور در فضای لقی یاتاقانهای دو لُب بررسی شده است. به همین منظور معادلات رینولدز، انرژی و انتقال حرارت بر اساس شرایط جریان روانکار، محور و یاتاقان با بکارگیری روش حل عددی درونیابی مشتق تعمیم یافته بازنویسی شده و مورد استفاده قرار گرفتهاند. ارزیابی این معادلات امکان استخراج توزیع دما و فشار در فیلم سیال روانکار و تعیین تغییرات دمایی یاتاقان در هر گام تحلیل را فراهم میآورند. پس از طی مراحل تکرار، شرایط دمایی پایدار در نقاط مختلف فیلم روانکار، محور و پوسته یاتاقان برقرار میگردد. پارامترهای عملکرد یاتاقان با بکارگیری توزیع فشار حرارتی حاصل از حل معادله رینولدز با در نظر گرفتن شرایط دمایی و لزجت نهایی روانکار قابل محاسبه میباشند. مقایسه عملکرد یاتاقانهای دو لُب با در نظر گرفتن اثرهای دمایی و بدون آن از کاهش لزجت و تضعیف توزیع فشار ایجاد شده در روانکار و در پی آن کاهش بار قابل حمل توسط یاتاقان بویژه در سرعتهای دورانی بالای روتور حکایت دارد. همچنین نتایج، کاهش اثرهای دمایی بر عملکرد یاتاقانهای مورد ارزیابی با افزایش میزان غیرمدوری را نمایش میدهند.
Due to the growing use of oil journal bearings, as an effective support for the rotatingparts of industrial machines, analysis of their performance is of importance. The shear stresses andthe frictional forces, proportional to the speed of the lubricant layers in different points of the bearingclearance space, causes variation in the temperature of the lubricant, journal and bearing shell. Howeverthe bearing design parameters also have effects on the lubricant temperature. So, in the present work,the effects of design parameters such as the journal speed and the preload factor of the noncircular lobejournal bearing on the temperature variations which result in variation of the pressure distribution of thelubricant as well as changes in the load carrying capacity and attitude angle of the noncircular two lobejournal bearings are investigated. Then the bearing performance parameters are calculated using the finalthermal pressure distribution of lubricant. Comparing the performance of two lobe bearings, with thethermal effects and without them, shows that the lubricant viscosity and the pressure distribution in thebearings decreases by increasing the rotational velocity of the journal. Also the results indicate that theeffects of lubricant temperature changes on the bearing performance decreases by increasing the amountof the bearing preload.
https://mej.aut.ac.ir/article_767_562c234f48c94d9e214b57bcf5e9ce6d.pdf
یاتاقان ژورنال دو لُب
تحلیل ترموهیدرودینامیکی
پیش بار
روانکار نیوتنی
روش GDQ
Two lobe journal bearings
Thermo-hydrodynamic analysis
Preload
Newtonian lubricant
GDQ method
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
709
720
10.22060/mej.2016.849
849
Research Article
تحلیل ارتعاشات آزاد میکرو تیر تیموشنکوی جفت شده کربنی و نیترید بور تحت میدان های فیزیکی مختلف برای شرایط مرزی مدار بسته با استفاده از نظریۀ تنش کوپل اصلاح شده
Free Vibration of Carbon Nanotube and Boron Nitride Nanotube Double-bonded Modified Couple Stress Theory Timoshenko Micro Beams Under Various Physical Fields
مهدی محمدی مهر
mmohammadimehr@kashanu.ac.ir
1
سید امیر سجاد خدامی
a.s.khoddami@gmail.com
2
مجتبی محرابی
m.mehrabi@grad.kashanu.ac.ir
3
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران.
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران.
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران.
در این مقاله ارتعاشات آزاد میکروتیر تیموشنکوی جفت شده بر اساس نظریه تنش کوپل اصلاح شده بر بستر الاستیک تحت میدا نهای فیزیکی مختلف مورد بررسی قرار می گیرد. میکروتیرها از جنس پلیمر تقویت شده با نولوله های نیترید بور یا کربنی هستند. خواص مکانیکی استفاده شده و نحوه توزیع نانولوله ها براساس نتایج تجربی و رابطه تحلیلی ارائه شده اند. معادلات حاکم بر حرکت با استفاده از اصل همیلتون بدست می آیند. تاثیر عوامل مختلف شامل اثرات الکتریکی، مغناطیسی، ضریب مقیاس کوچک طول ماده و ضرایب فوندانسیون الاستیک روی بساند طبیعی میکروسازه بررسی م یشود. نتایج حاصل از این مقاله نشان می دهد که اعمال میدا نهای فیزیکی مختلف، تاثیر بسیاری بر افزایش بسامد طبیعی بدون بعد دارد، به گونه ای که اگر هر دو میکروتیر به صورت نانولول ههای کربنی در نظر گرفته شوند، افزایش بسامد طبیعی نسبت به حالتی که هر دو میکروتیر به صورت نانولول ههای نیتریدبور باشند، بیشتر است. در حالی که اگر میکروتیرها به طور همزمان توسط نانوله های کربنی و نیتریدبور تقویت شوند، علی رغم افزایش بسامد طبیعی، تاثیر این نوع سازه نسبت به دو حالت دیگر کمتر است. همچنین نشان داده می شود که اثر بستر الاستیک از تاثیر سایر عوامل مورد بررسی از قبیل جنس و میدانهای فیزیکی بیشتر است.
In this article, free vibration analysis of double-bonded Timoshenko micro beams restedin an elastic foundation under various physical fields is investigated based on modified couple stresstheory. Properties and distribution of carbon and boron nitride nanotubes are used based on experimentaland analytical equations, which They have a lower error and do not use in other studies. The governingequations of motions are derived based on Hamilton’s principle. The effects of various parameters suchas electric field, magnetic field, material length scale parameter and elastic foundation modulus onthe natural frequency of the micro structures are studied. The results of this work show that differentphysical fields on the microbeams have more influence on the dimensionless natural frequencies, so theeffect of the CNTs on the natural frequencies for micro beams is more than the BNNTs. Moreover, if thedouble-bonded micro beams are considered simultaneously as CNT and BNNT, the increase of naturalfrequency is less than when two micro-beams become only as CNT or BNNT. Also, it is shown that theeffect of elastic foundation is more important than the electric and magnetic fields as well as materiallength scale parameter on the natural frequency of microbeams.
https://mej.aut.ac.ir/article_849_d5dc4f165b974473dd139c019d2e5896.pdf
تحلیل ارتعاشات میکروتیر تیموشنکو
میدان های فیزیکی مختلف
نظریه تنش کوپل اصلاح شده
شرایط مرزی مدار بسته
فوندانسیون الاستیک
Vibration analysis of Timoshenko micro beam
Various multi physical fields
Modified Couple Stress Theory
Closed circuit boundary condition
Elastic foundation
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
721
730
10.22060/mej.2016.802
802
Research Article
تحلیل ارتعاشات نانوپوسته مدرج تابعی احاطه شده توسط بستر الاستیک با استفاده از نظریۀ تنش کوپل اصلاح شده
Free Vibration Analysis of a Functionally Graded Cylindrical Nanoshell Surrounded by Elastic Foundation Based on the Modified Couple Stress Theory
مجید قدیری
ghadiri@eng.ikiu.ac.ir
1
حامد صفرپور
hamed_safarpor@yahoo.com
2
دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی، قزوین، ایران
دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی، قزوین، ایران
هدف از این پژوهش بررسی رفتار ارتعاشی یک نانو پوسته استوانه ای مدرج تابعی بر اساس تئوری تنش کوپل اصلاح شده می باشد. همچنین در اطراف این نانوپوسته بستر الاستیک پاسترناک در نظر گرفته شده است که در این مدل علاوه بر ثابت فنری نوع وینکلر، ثابت برشی نیز لحاظ شده است. علاوه بر این شرایط مرزی نانوپوسته در دو انتها به صورت تکیه گاه ساده فرض شده است. نانو پوسته استوانه ای درجه بندی شده تابعی، از ترکیب آلومینیوم-سرامیک ساخته شده است که کسر حجمی هر جزء و در نتیجه خصوصیات مکانیکی نانو پوسته استوانه ای بر مبنای قانون ساده توانی در راستای ضخامت تغییر می کند. معادلات حاکم بر حرکت و شرایط مرزی بر اساس تئوری برشی مرتبه اول و با استفاده از اصل هامیلتون، استخراج می شوند. روش حل نویر برای پیش بینی فرکانس های طبیعی نانو پوسته درجه بندی شده تابعی استفاده می شود. در نهایت تاثیر پارامترهایی مانند مقیاس طول ماده، شماره مد های فرکانسی محیطی، نسبت طول به شعاع پوسته استوانه ای، ضریب تصحیح برشی، شاخص توانی نسبت حجمی(N) و ضرایب بستر الاستیک وینکلر و پاسترناک بر فرکانس طبیعی نانو پوسته مدرج تابعی بحث خواهد شد. نوآوری این پژوهش در نظر گرفتن بستر الاستیک بر نانو پوسته استوانه ای مدرج تابعی با اعمال تئوری تنش کوپل اصلاح شده می باشد. تطابق بسیار خوب نتایج به دست آمده از شبیه سازی دینامیک مولکولی توسط پژوهشگران قبلی با نتایج پژوهش حاضر، بیانگر اهمیت این پژوهش است.
In this article, free vibration analysis of functionally graded cylindrical nanoshell onthe basis of the modified couple stress theory is investigated. The nanoshell is embedded in an elasticPasternak medium, which is obtained by adding a shear layer to the Winkler model. In addition, theboundary conditions at two ends of cylindrical nanoshell are simply supported. It is assumed that thefunctionally graded cylindrical nanoshell, is made of aluminum and ceramic, follows the volume fractiondefinition and law of mixtures, and its properties change as a power function through its thickness.Governing equations and boundary conditions are obtained by applying the Hamilton’s principle and arebased on first-order shear deformation. Navier solution is used for predicting the natural frequencies offunctionally graded cylindrical nanoshell. Finally, the effect of parameters such as material length scale,circumferential wave number, the length to radius ratio, shear correction factor, power low index andelastic foundation coefficients of Winkler and Pasternak on natural frequency of functionally gradedcylindrical nanoshell are identified. The results show, there is a very good agreement between the resultsof molecular dynamics simulations by previous researchers with the results of this study.
https://mej.aut.ac.ir/article_802_f22e74f959b294cf2a34ff8d440052c5.pdf
نانو پوسته استوانه ای
نظریۀ تنش کوپل اصلاح شده
ماده مدرج تابعی
بستر الاستیک
Cylindrical nanoshell
Modified Couple Stress Theory
Hamilton’s principle
Functionally graded material
Elastic foundation
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
731
742
10.22060/mej.2016.732
732
Research Article
تحلیل ارتعاشات آزاد تیر متورق با پارامترهای تصادفی
Free Vibration Analysis of Delaminated Beam with Stochastic Parameters
علی اصغر علیزاده
ali.a.alizadeh87@gmail.com
1
رمضانعلی جعفری تلوکلایی
ra.jafari@nit.ac.ir
2
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران
در این مقاله، برای اولین بار تحلیل ارتعاشات تصادفی تیر متورق با درنظرگرفتن موقعیت قائم تورق و مدول یانگ به صورت پارامترهای تصادفی انجام شده است. در ابتدا تیر متورق به چهار تیر فرعی و سالم تقسیم شده است. سپس با معرفی یک المان تیر و براساس تئوری کلاسیک تیرها، انرژیهای جنبشی و پتانسیل یک المان نمونه واقع شده در هر یک از تیرهای فرعی استخراج شده است. المان مرتبه بالای درنظرگرفته شده دارای سه گره شامل دو گره انتهایی و یک گره میانی بوده که هر گره دارای دو درجه آزادی خیز و شیب میباشند. با استفاده از انرژیهای مذکور، ماتریسهای سفتی و جرم هر المان بدست آمدهاند. در ادامه با اسمبل کردن ماتریسهای مذکور و با درنظرگرفتن شرایط پیوستگی برای المانهای مجاور تورق، ماتریسهای جرم و سفتی کل تیر بدست آمده است. در اعمال شرایط پیوستگی، خیز و شیب گرههای واقع شده در مرز تورق با یکدیگر برابر قرار داده شدهاند. در نهایت پس از اعمال شرایط مرزی، معادلات دیفرانسیل حاکم بر سیستم به شکل ماتریسی بدست آمده است. سپس با مدلسازی پارامترهای تصادفی به صورت میدانهای تصادفی، معادله دیفرانسیل قطعی حاکم بر سیستم به یک معادله دیفرانسیل تصادفی تبدیل میشود. میدانهای تصادفی پیوسته، توسط روشهای گسستهسازی نقطه-وسط و میانگین موضعی گسسته میشوند. در پایان با بکارگیری روش شبیهسازی مونت کارلو در هر حلقه تکرار، هر معادله دیفرانسیل تصادفی به یک معادله دیفرانسیل قطعی تبدیل میشود. به منظور بررسی ارتعاشات آزاد، مسالهی مقدار ویژه برای بدست آوردن فرکانسها و شکل مدهای سیستم حل میشود. در نتیجه با داشتن مقادیر ویژه سیستم، خواص آماری مربوط به مشخصات ارتعاشات آزاد تیر مانند میانگین، انحراف استانده و تابع چگالی احتمال بدست آمده و اثر پارامترهای مختلف تیر و تورق بر آن مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین جهت بررسی صحت روابط استخراج شده و نیز برنامههای کامپیوتری نوشته شده، فرکانسهای قطعی تیر با نتایج دیگران مقایسه شده و انطباق بسیار مناسبی مشاهده شده است.
In this article, the random vibration analysis of a delaminated beam is performed for the first time by consideringthe thicknesswise location of the delamination and the Young’s modulus as the stochastic parameters. First, the delaminated beam is divided into four intact sub-beams. Then by introducing a beam element and based on the beam’s classical theory, the kinetic and potential energies of each sub-beam are derived. The considered higher order element has three nodes, one at each end and one at the midpoint and each node has two degrees of freedom, namely, deflection and slope. Using the mentioned energies, the stiffness and mass matrixes of the element are obtained. Next, by assembling the above stated matrices and considering the continuity conditions for adjoining elements at the delamination boundaries, the total stiffness and mass matrices are obtained. In employing the continuity conditions, the deflection and slope of these elements are taken to be equal. At the end, by applying the boundary conditions the governing differential equations of motion are obtained in matrix form. Then by modeling the stochastic parameters as random fields, the governing deterministic differential equation of the system is transformed into a stochastic differential equation. The continuous random fields are discretized by mid-point and local average discretization methods. Finally using the Monte Carlo simulation method in each iteration loop, each stochastic differential equation is transformed into a deterministic differential equation. For free vibration analysis, the eigenvalue problem is solved to investigate the frequencies and mode shapes of the system. Consequently, having the eigenpairs of the system, the statistical properties of free vibration characteristics of the beam such as expected values, standard deviations and probability density functions are obtained and the effect of different parameters of the beam and delamination are studied. Also in order to verify the obtained equations and the written computer programs, the deterministic frequencies of the beam are compared with other results and very good agreement is observed.
https://mej.aut.ac.ir/article_732_920eb5ffc938bcefe09d8ffcdb9d4d6a.pdf
ارتعاشات اتفاقی
میدا نهای تصادفی
شبیه سازی مونت کارلو
تیر متورق
اجزا محدود
Random vibration
Random fields
Monte Carlo simulation
Delaminated beam
finite element
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
743
758
10.22060/mej.2016.763
763
Research Article
ارتعاشات آزاد خطی و غیرخطی صفحه مدرج تابعی مگنتو-الکترو-الاستیک مستطیلی شکل براساس نظریۀ تغییر شکل برشی مرتبه سوم
Linear and Nonlinear free vibration of a Functionally Graded Magneto-electro-elastic Rectangular Plate Based on the Third Order Shear Deformation Theory
علیرضا شوشتری
al.shooshtari@gmail.com
1
رامین منتشلو
r.mantashloo92@gmail.com
2
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران
در این مقاله ارتعاشات آزاد غیرخطی ورق مستطیل شکل مدرج تابعی با خواص مگنتو-الکترو-الاستیک مورد بررسی قرار گرفته است. شرایط مرزی ساده برای کلیه لبه های ورق در نظر گرفته شده است. همچنین معادلات حرکت بر اساس تئوری برشی مرتبه سوم به دست آمده اند. در این مساله فرض شده است که سطوح بالا و پایین ورق تحت اختلاف پتانسیلهای الکتریکی و مغناطیسی قرار دارند که با استفاده از قوانین گاوس برای حالتهای الکترواستاتیک و مگنتواستاتیک، رفتار الکتریکی و مغناطیسی ورق مدل شده است. همچنین خواص مدرجی بودن تابعی ورق بر اساس تابع توانی در نظر گرفته شده است.پس از تعیین معادلات حرکت با استفاده از روش گلرکین معادلات دیفرانسیل جزئی حرکت به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده است. سپس با استفاده از تئوری پرتوربیشن مساله حل شده است و رابطهای تحلیلی برای فرکانس طبیعی، نسبت فرکانس غیرخطی به فرکانس طبیعی خطی به دست آمدهاند. نتایج بدست آمده از روابط تحلیلی بدست آمده با نتایج بدست آمده از سایر منابع مرتبط صحهگذاری شده است و نشان میدهد مدل پیشنهادی دارای دقت بسیار خوبی می باشد. سپس با استفاده از نتایج موجود، تعدادی مثل عددی برای بررسی اثر پارامترهای مختلف بر روی رفتار ارتعاشی غیرخطی ورقهای مدرج تابعی مگنتو-الکترو-الاستیک ارائه شده است.
In this paper, linear and nonlinear free vibration of one functionally graded magnetoelectro-elastic rectangular plate is studied. The boundary conditions in all side of plate have beenconsidered as simply supported. Also the equations of motions have been derived calculation thekinetic energy and potential energy based on the third order shear deformation theory using Hamiltonprinciple. Considering the top surface of the plate as an pizeomagnetic material and the bottom surfaceas a piezoelectric material, the bottom and upper surfaces of the plate are subjected to electric andmagnetic potentials. The electric and magnetic behaviors of the plate are modeled by using Gauss’s laws.Then, the equations of motions have been transformed from partial differential equations to ordinarydifferential equations by using Galerkin Method. Then, Using Lindeshtot- Poincare method a closedform expression for linear and nonlinear natural frequency has been obtained. for validation of theproposed model, some numerical examples have been presented and comparisons between the obtainedresults with the results in literature have been down. It is shown that good agreement exist betweenobtained results and previous works. Then, to study the effects of several parameters on the nonlinearvibration response of functionally graded magneto-electro-elastic rectangular plates
https://mej.aut.ac.ir/article_763_d90fb21a8f43483af45aa8fe2b80e1a9.pdf
ورق هوشمند مدرج تابعی
نظریۀ تغییر شکل برشی مرتبه سوم
قوانین گاوس
روش لیندشتات پوانکاره
ارتعاشات آزاد
Functionally graded smart plate
Third order shear deformation theory
Gauss’s laws
Perturbation method
free vibration
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
759
772
10.22060/mej.2016.858
858
Research Article
تحلیل لنگش و پایداری روتورهای با قطر متغیر ساخته شده از مواد هدفمند تحت اثر نیروی محوری و گشتاور پیچشی
Whirling and Stability Analyses of FG-rotors with Variable Diameter Subjected to Axial Load and Torsional Torque
کیوان ترابی
kvntrb@kashanu.ac.ir
1
حسن افشاری
afshari_hasan@yahoo.com
2
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
گروه مکانیک، واحد خمینی شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، خمینی شهر، اصفهان، ایران
در این پژوهش تحلیل های لنگش و پایداری برای روتورهای ساخته شده از مواد مدرج تابعی تحت نیروی محوری و گشتاور پیچشی بررسی شده اند. روتور بر اساس تئوری تیر تیموشنکو و با در نظر گرفتن اثرات ژیروسکوپیک مدلسازی شده است. قطر روتور و خواص مکانیکی آن در راستای طولی به صورت پیوسته تغییر می کنند و در هر تکیه گاه آن دو فنر انتقالیو دو فنر پیچشی در نظر گرفته شده اند که قادر به مدلسازی تمامی شرایط مرزی می باشند. با استفاده از قوانین نیوتن معادلات حاکم و شرایط مرزی استخراج شده و با استفاده از روش عددی تفاضلات مربعی حل شده اند. پس از اثبات همگرایی و صحت تحلیل عددی ارائه شده، تاثیر پارامترهای مختلف مانند توان پروفیل، سرعت دورانی، مقدار و جهت نیروی محوری و گشتاور پیچشی بر روی فرکانس های پیشرو و پسرو روتور و پایداری آن بررسی شده اند. نتایج عددی نشان می دهند که افزایش توان در معادله ی تغییرات خواص، وجود نیروی محوری فشاری و گشتاور پیچشی منجر به کاهش تمامی فرکانس های پیشرو و پسرو و سرع تهای بحرانی روتور می گردند و اعمال نیروی محوری کششی نیز باعث افزایش تمامی فرکانس های پیشرو و پسرو وسرعت های بحرانی روتور می شود.
In this paper, whirling and stability analyses of a rotor made of functionally gradedmaterials are investigated. The rotor is modeled based on Timoshenko beam theory and gyroscopiceffects are considered. Diameter and mechanical properties of the rotor are considered to be variablein longitudinal direction and the rotor is considered to be subjected to axial load and torsional torque.In order to generalization of the modeling of bearings, each of them is replaced with four springs; twotranslational and two rotational acting on two perpendicular directions. Using Newton’s second law,the set of governing equations and external boundary conditions are derived and solved numericallyusing differential quadrature method (DQM). Convergence and accuracy of the presented solution areconfirmed and effect of various parameters including power index, angular velocity of spin, value andsign of applied axial load and torsional torque on the forward and backward frequencies and stabilityof the rotor are investigated. Numerical results show that all forward and backward frequencies andtherefore critical speeds decrease by increase in power law, applying axial pressure load and torsionaltorque and increase by applying axial tension force.
https://mej.aut.ac.ir/article_858_89b5d464c31486c99021460ad07cb84c.pdf
روتور با مقطع متغیر
لنگ زنی
مواد هدفمند
روش تفاضلات مربعی
Non-uniform rotor
Whirling
Functionally graded materials
Differential quadrature method
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
773
784
10.22060/mej.2017.10280.4820
1986
Research Article
ارائه الگوی گل مناسب برای شکل دهی غلتکی سرد مقطع کلاهی شکل
Appropriate Flower Pattern for Cold Roll Forming of Hat Channel Section
رسول صفدریان
safdarian@bkatu.ac.ir
1
حسن مسلمی نائینی
rasoolsaf@gmail.com
2
مهدی سلمانی تهرانی
safdarian@modares.ac.ir
3
دانشکده فنی مهندسی، گروه مکانیک، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان، بهبهان، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
فرایند شک لدهی غلتکی سرد فرایندی است که در آن ورق با عبور از بین مجموعه ای از غلتک های دوار به پروفیلی با سطح مقطع مشخص تبدیل می شود. مقطع کلاهی شکل یکی از محصولات این فرایند است که در صنایع مختلف به خصوص صنعت خودروسازی کاربرد دارد. در این تحقیق به ارائه الگوی گل مناسب برای شکل دهی مقطع کلاهی شکل پرداخته می شود. مناسب بودن الگوی گل در فرایند شکل دهی غلتکی سرد از معیوب شدن محصولات این فرایند جلوگیری می کند. در این تحقیق الگوی گل مناسب با استفاده از شبیه سازی اجزای محدود با استفاده از نرم افزار آباکوس ارائه می شود. از کرنش طولی لبه محصول به عنوان معیاری برای سنجش کیفیت محصول استفاده می شود. برای صحت سنجی نتایج شبیه سازی ها، تعدادی آزمایش تجربی برای ایستگاه اول شکل دهی انجام شد و نتایج آن با نتایج شبیه سازی ها مقایسه شد. در آزمایش های تجربی تحقیق حاضر تاثیر افزایش زاویه شکل دهی بر روی عیب شمشیر یشدن یا همان کمانش طولی پروفیل بررسی شد. نتایج تجربی و شبیه سازی ضمن نزدیکی به یکدیگر نشان می دهند که با افزایش زاویه شکل دهی عیب شمشیری شدن افزایش می یابد.
Cold roll forming process is a process that a strip passes through a collection of rotaryrolls to be converted to a desired profile. Hat channel section is one of the roll forming products that hasmany applications in various industries especially in automotive industry. In the present study properflower pattern for production of hat channel section is determined. Proper flower pattern in the cold rollforming process can prevent some defects such as bowing and wrinkling. Flower pattern of hat channelsection was predicted by ABAQUS 3D simulation. Longitudinal strain is one of the results of simulationwhich was used as a criterion for product quality evaluation. Results of simulations were verified byexperimental tests for first forming stand of hat channel section which were done in the present study. Inthe experimental part of present study, effect of roll angle was investigated on the bow defect of product.Experimental and numerical results of this study have a good agreement. Numerical and experimental ofthis study showed that bow defect increases by increasing bending angle.
https://mej.aut.ac.ir/article_1986_270cf0e5a615ed0a34e64eeb81ee89dd.pdf
شکل دهی غلتکی سرد
مقطع کلاهی شکل
الگوی گل
کمانش طولی(شمشیری شدن)
کرنش طولی
Cold Roll Forming
Hat Channel Section
Flower Pattern
Bow
Longitudinal Strain
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
785
794
10.22060/mej.2016.736
736
Research Article
تحلیل ناپایداری فلاتر بالهای دارای زاویه پس گرایی با استفاده از معادلات کاملاً ذاتی
Flutter Instability of Aircraft Swept Wings by Using Fully Intrinsic Equations
حسین مروج بارزانی
moravejhossein@gmail.com
1
محمد رضا آموزگار
m.r.amoozgar@aut.ac.ir
2
حسین شاهوردی
h.shahverdi@chmail.ir
3
دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
در این مقاله مطالعه اثر زاویه پس گرایی بر ناپایداری دینامیکی بال هواپیما با الگوی سازهای منتج از معادلات هندسه دقیق کاملاً ذاتی هدفگذاری شده است. با توجه به عدم وجود آثار زاویه پسگرایی در ساختار این معادلات، توسعه معادلات مذکور جهت انجام این تحلیل از جنبه های نوآوری مقاله حاضر به شمار می رود. معادلات هندسه دقیق کاملاً ذاتی فقط شاملنیروها، گشتاورها، سرع تهای خطی و زاویه ای می شوند و در این معادلات تغییر مکانها و دوران ها به صورت صریح ظاهر نمی شوند. به همین دلیل از مزایای مهم این نوع معادلات، مد لسازی کامل و بدون فرض ساده کننده در تغییر شکلهای بزرگ، درجه غیرخطی کم و بنابراین پیچیدگی کمتر است. به منظور تعیین وضعیت ناپایداری سیستم آیروالاستیک مذکور،ابتدا معادلات غیرخطی حاکم به کمک روش تفاضلات محدود مرکزی گسسته و سپس حول حالت تعادل استاتیکی آن خطی سازی شده است. در نهایت با استفاده از حل مقادیر ویژه، پایداری سیستم به ازای سرعت ها و پارامترهای مختلف مورد بررسی واقع شده است. ارزیابی و دقت نتایج به دست آمده، از طریق مقایسه با نتایج موجود در پیشینه تحقیقات بررسی شده است. درانتها مشخص گردید که استفاده از معادلات هندسه دقیق کاملاً ذاتی، ناپایداری بالهای دارای زاویه پسگرایی را با دقت خوبی شبیه سازی می کند.
In this paper, the dynamic instability of swept wings by using the geometrically exactfully intrinsic beam equations is investigated. Due to the lack of existence of sweep angle effects inthe aeroelastic formulation of these equations, this study is aimed to add the effect of sweep angle tothe aforementioned formulation and this is one of the aspects of innovation in this paper. The fullyintrinsic equations involve only moments, forces, velocity and angular velocity, and in these equations,the displacements and rotations will not appear explicitly. For this reason, the important advantagesof these equations are complete modeling without any simplifying assumptions in large deformations,low-order nonlinearities and thus less complexity. In order to determine the stability of the wing, firstthe resultant non-linear partial differential equations are discretized by using the central finite differencemethod, and then linearized about the static equilibrium. Afterward, using the eigenvalue analysis oflinearized equations, the stability of the system versus different parameters is evaluated. The obtainedresults are compared with those available in the literature, and good agreement is observed. Finally, it isobserved that by using the fully intrinsic equations, the instability of the swept wings can be determinedaccurately
https://mej.aut.ac.ir/article_736_adc8c3090871ef960ebc784e8a010ea0.pdf
ناپایداری دینامیکی
معادلات تیر هندسه دقیق کاملاً ذاتی
بال دارای زاویه پس گرایی
سرعت فلاتر
آیرودینامیک ناپایای پیترز
Dynamic instability
fully intrinsic beam equations
Swept wing
Flutter speed
Peters unsteady aerodynamic
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
795
804
10.22060/mej.2016.724
724
Research Article
توسعه فیلتر پیشبین تعمیمیافته برای سامانه های خطی گسسته
Generalized Predictive Filter for Discrete-Time Linear Systems
مهدی فتحی
mahd_fathi@mut.ac.ir
1
نعمت الله قهرمانی
ghahremani@mut.ac.ir
2
محمد علی شاهی آشتیانی
m_ashtiani@alum.sharif.edu
3
محسن فلاح
mohsen_fallah@mut.ac.ir
4
علی محمدی
5
دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران
در این مقاله براساس وجود همسانی بین مفهوم کنترل پی شبین تعمیم یافته و مسأله عمومی تخمین، دو فیلتر جدید با نامهای فیلتر پیش بین تعمیم یافته و فیلتر کالمن پیش بین تعمیم یافته برای سامانه های گسستۀ خطی توسعه یافته است. این فیلترها برخلاف ساختار پیچیده و مشکلات به کارگیری فیلترهای پیش بین موجود، روابط بسیار ساده ای داشته و پیاده سازی آنها به صورت برگشتی بسیار راحت خواهد بود. در فیلترهای توسعه داده شده، خطای مدل سامانه ماهیت مستقلی از نویز فرآیند دارد. با تعریف یک تابع هزینه و کمینه کردن آن نسبت به خطای مدل در هر قدم زمانی، خطای بهینه ای از مدل سامانه در دسترس خواهد بود که با جبران آن در مدل پی شبینی زمانی سامانه، دقت تخمین حال تها حتی با وجود نامعین یهای سامانه بهبود خواهد یافت. با اضافه شدن این سناریوی تخمین بهینۀ خطای مدل سامانه به فیلتر کالمن و بهسازی رابطه بهنگام سازی زمانی فیلتر کالمن توسط خطای مدل محاسبه شده، فیلتر مرکبی تولید میگردد که نوید بهبود عملکرد محسوسی را نسبت به فیلتر کالمن می دهد. عملکرد فیلترهای توسعه داده شده و میزان مقاومت آنها در برابر نامعین یهای سامانه در دو مثال عددی تحقیق شده و نتایج آنها با عملکرد فیلتر کالمن و فیلتر کالمن فراموش کار مورد مقایسه قرار گرفته است.
In this paper, based on the duality between the predictive control and general estimationproblem, two new predictive filters, named generalized predictive filter and generalized predictiveKalman filter, are developed. The major advantage of the new filters over the existing predictive filtersare that their structure are very simple and their application as a recursive filter is not complicated. Unlikethe Kalman filter, these proposed predictive filters assume that process noise and model error are notequivalent and there are no limitations about the form of model error so that this model error can appearin a nonlinear form or even a colored noise. By minimizing a quadratic cost function consisting of ameasurement residual term and a model error term respect to the process model error, the optimal modelerror is determined. Compensation of this model error in the time update state model provides accurateestimates even in the presence of dynamic uncertainty. Combination of Kalman filter and generalizedpredictive filter improves the performance and robustness of Karman filter. The validity of the suggestedfilters is illustrated by a numerical example and their performance and robustness are compared withthose of KF and the fading Kalman filter.
https://mej.aut.ac.ir/article_724_74d1db4d0c0a65176030489ca6bdd2d5.pdf
فیلتر پیش بین
تخمین حالت
فیلتر کالمن
تخمین بهینه
عد مقطعیت
Generalized Predictive Filter
State Estimation
Kalman Filter
Optimal estimation
Uncertainty
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
805
818
10.22060/mej.2016.769
769
Research Article
کنترل بهینه میکروصفحه متصل به انتهای میکرو تیر یک سر درگیر تحت تحریک الکترواستاتیک
Optimal Control of Electrostatically Actuated Micro-Plate Attached to the End of Microcantilever
حامی تورجی زاده
tourajizadeh@khu.ac.ir
1
مهشاد کریمان
mahshad.kariman@gmail.com
2
مهدی زمانیان
mehdi_zam@yahoo.com
3
بهنام فیروزی
behnamf89@yahoo.com
4
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران
این مقاله، به طراحی کنترل کنندۀ بهینه برای میراسازی ارتعاشات یک مدل میکروسامانه تحت تحریک الکترواستاتیک غیرخطی می پردازد. هدف، استفاده از روشهای ممکن برای کاهش فراجهش بیشینه و زمان نشست در مدل کنترلی ارائه شده می باشد. این مدل از یک میکرو صفحه تحت تحریک الکترواستاتیک که به صورت ┴ شکل به انتهای میکروتیر یک سر درگیرمتصل شده، تشکیل شده است. نیروی الکترواستاتیک ناشی از اعمال ولتاژ الکتریکی بین میکروصفحه متصل به انتهای میکرو تیر و یک صفحه الکترود که مقابل آن قرار می گیرد، ایجاد می شود. در این مدل میکروتیر یک سر درگیر به صورت تیر پیوست های درنظرگرفته شده که از نظریۀ تیر اویلر برنولی پیروی می کند. مجموعۀ ┴ شکل متصل به انتهای تیر به صورت جسم صلب و نیروی الکترواستاتیک به صورت تابعی غیرخطی از جابه جایی و ولتاژ اعمالی بین میکروصفحه و الکترود مقابلش درنظرگرفته شده است. معادلات حرکت و شرایط مرزی آن با استفاده از قانون دوم نیوتن استخراج می شوند. جهت استخراج فضای حالت و کنترل حلقه بسته آن، معادلات با حل دقیق تبدیل به دو معادله دیفرانسیل معمولی گشته و حول نقطه کاری خط یسازی شده اند. معادلات حالت خطی شده توسط روش بهینه سازی تنظیم کننده خطی درجه دوم ( LQR ) به منظور کاهش مصرف انرژی و افزایش دقت بهینه سازی گشته اند. درنهایت میزان تأثیر و عملکرد روشهای کنترلی ارائه شده با مقایسه با مدل حلقه باز مورد ارزیابی قرار گرفته است.
An optimal control is designed for damping the unwanted vibrations of an electrostaticallyactuated micro-system. The goal is using feasible methods to decrease the settling time and overshootof the response. This configuration consists of an electro-statically actuated micro-plate attached tothe end of a micro-cantilever. The DC voltage is applied between the micro-plate and the oppositeelectrode micro-plate. This DC voltage causes an electrostatic force. In this model micro-cantilever isconsidered as a continuous medium for which Euler-Bernoulli beam theory can be implemented. Theplate is considered as a rigid body, and the electrostatic force is a nonlinear function of the displacementand the applied voltage underneath the micro-plate. The equation of motion is derived using Newton’ssecond law. In order to extract the corresponding state space and control the system in a closed loopway, exact method is used to reduce related partial differential equation of the systems into a set of twoordinary differential equations and the resultant state space is linearized about the operating point. Thelinearized state space is then optimized using the linear-quadrant regulator. Efficiency and applicabilityof the mentioned controller is investigated using comparative analyzing method.
https://mej.aut.ac.ir/article_769_e747f17803e26c535df515b9de0ef7db.pdf
الکترواستاتیک
روش دقیق
کنترل بهینه
تیر اویلر _ برنولی
سامانه الکترومکانیکال
Optimal control
Electrostatic
Exact method
Euler-Bernoulli beam
Micro electromechanical systems
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
819
828
10.22060/mej.2016.808
808
Research Article
یک مدل تغییر شکل جدید برای فرآیند اکستروژن لولههای دو فلزی
A New Deformation Model for Bimetal Tubes Extrusion Process
محمد بیرانوند
mamadb69@gmail.com
1
حشمت اله حقیقت
hhaghighat@razi.ac.ir
2
دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران
دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران
در این مقاله، فرآیند اکستروژن لولههای دو فلزی با قالب مخروطی به روش کرانه بالایی و با استفاده از تابع جریان تحلیل شده است. دو فلز ابتدا به هم چسبیده نبوده و مدل تغییر شکل ارائه شده، به بررسی چسبیدن و اتصال دو فلز به هم در سطح مشترک بین آنها در ناحیه تغییر شکل میپردازد. به این منظور، منطقه تغییر شکل به سه ناحیه تقسیم شده، برای هرناحیه یک میدان سرعت مجاز ارائه و براساس آن توانهای داخلی، برشی، اصطکاکی و نیز توان کل تغییر شکل محاسبه شده اند. توان کل نسبت به شکل مرزهای سه ناحیه تغییر شکل و موقعیت نقطه اتصال دو فلز به هم، بهینه سازی شده و نیروی اکستروژن محاسبه شده است. نیروی اکستروژن به دست آمده از حل تحلیلی با نتایج آزمایشهای انجام شده توسط دیگر محققان و همچنین با حل اجزا محدود (نرم افزار آباکوس) مقایسه شده که تطابق خوبی را نشان میدهند. در پایان اثر شرایط مختلف فرآیند شامل درصد کاهش سطح مقطع و نیم زاویه قالب بر نیروی اکستروژن و چسبندگی بین دو فلز بررسی شده اند.
In this paper, bimetal tubes extrusion process through conical dies has been analyzedby upper bound method using stream functions. The bimetal tube is in un-bonded conditions initiallyand the proposed deformation model, investigates the bonding at the interface of two metals in thedeformation zone. For this propose, the deformation region has been divided into three deformationzones where the position of the start point of bonding at the interface of two metals is determined. Foreach deformation zone, an admissible velocity field has been proposed and the internal power, shearand frictional powers and the total power have been calculated. The total power, which is expressed bydeformation zone boundaries and the position of the start point of bonding, is optimized and the extrusionforce has been calculated. Analytical results are compared with the results given by experimental dataof other researchers and also by finite element method that show a good agreement. Finally the effect ofvarious extrusion conditions such as reduction in area and semi die angle upon the extrusion force andthe position of the bonding start point at the interface have been investigated.
https://mej.aut.ac.ir/article_808_7764f5ed56226507633235105264f33d.pdf
اکستروژن
لوله دوفلزی
کرانه بالایی
تابع جریان
اجزا محدود
Extrusion
Bimetal tube
Upper bound
Stream function
finite element
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
829
838
10.22060/mej.2016.759
759
Research Article
بررسی ملاک های تشخیص چروک در فرآیند هیدروفرمینگ لوله
Investigation into Detection Criteria for Wrinkling in Tube Hydroforming
سهیل نوابی نژاد
soheil_navabi2009@yahoo.com
1
عبدالرحمان جامی الاحمدی
jaami-a@um.ac.ir
2
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
فرآیند شکل دهی هیدروفرمینگ لوله به شدت به مسیر بارگذاری و یا نمودار فشار- جابه جایی محوری وابسته است. سه واماندگی متداول این فرآیندشامل؛ گلویی منجر به پارگی، کمانش و چروکیدگی از به کارگیری نامناسب مسیربار نتیجه می شوند. برای تعیین مسیر بارگذاری مناسب در جلوگیری از وقوع چروکیدگی، پیش گویی چروک به روش های مختلف تحلیلی، عددی انجام می شود. معیارهای رایج پیش گویی واماندگی چروک در شبیه سازی اجزا محدود، یکی معیار مشتق اول چروک است که از تغییرات شیب منحنی لوله، وقوع پدیده چروک را پیش گویی می کند. دوم، معیار طول به سطح است که به منظور تشخیص چروک زنده و چروک مرده پیشنهاد شده است که برخلاف معیار قبلی علاوه بر اطلاعات لوله، به اطلاعات شکل قالب نیز نیاز می-باشد. در این مقاله روش هندسی جدیدی به نام معیار مرکز حجم پیشنهاد شده است. براساس این معیار در قطعه چروک شده مراکز حجم قطعۀ فاقد چروک با قطعه چروک شده برابر نمی باشد. به منظور راستی آزمایی معیار معرفی شده، نتایج حاصل از چروکیدگی لوله در بادکردگی آزاد معیار جدید بانتایج معیارهای هندسی مورد استفاده رایج، و همچنین لوله هیدروفرم شده به شکل پیچیده تر با نتایج پژوهش منتشر شده ای، مقایسه شده اند. لذا در مسیرهای بار یکسان، در شبیه سازی اجزا محدود نتایج این معیار به-خوبی وقوع و شدت چروک را پیشگویی می کند.
One of the most common non-traditional forming process, is the tube hydroforming,which is widely used for to form various tubular parts. To produce final product without any failure,tube hydroforming process is strictly dependent on load path, internal pressure-axial feed. Majormodes of failure which may be occur in tube hydroforming process are necking, bursting, buckling andwrinkling. Predicting and preventing each of these failures are very important and leads to defects-freeproducts. In this study, geometrical criteria for detecting wrinkling in numerical methods such as finiteelement analysis are reviewed. This type of identifying the wrinkling can be pointed out such as the firstderivative or geometric slope and length to area indices criteria. In this paper, a new geometric methodas a center of volume is introduced. In this case, the center of volume of wrinkled part is not equal withthe wrinkled-free one. In order to verify, the results of this new criterion were compared with the resultsof previous measures and experimental tests in published articles.
https://mej.aut.ac.ir/article_759_396dafec19664f44192a18de0f49bdef.pdf
هیدروفرمینگ لوله
چروکیدگی
روش هندسی
معیار مرکز حجم
Tube hydroforming
Wrinkling
Geometrical method
Center of volume criterion
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
839
850
10.22060/mej.2016.728
728
Research Article
بررسی عددی و تجربی تأثیر تعداد لای هها بر تن شهای پسماند در فرآیند روکشدهی
Numerical and Experimental Investigation of Layer Number Effect on Residual Stresses Cladding Process
ایمان معصومی دهقی
eiman_masoumi@yahoo.com
1
علیرضا فلاحی آرزودار
afallahi@aut.ac.ir
2
ایرج ستاری فر
sattari@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
تنش های پسماند جوشی یکی از مهم ترین مسائل در ایمنی و اطمینان سازه های حساس مانند اجزا راکتور های هسته ای می باشند. سطح داخلی مخازنی که از فولاد کربنی ساخته شده اند، به منظور جلوگیری از خوردگی ناشی از محیط خورنده به وسیله لایه ای از جنس فولاد زنگ نزن آستنیتی روکش دهی می شود. در این پژوهش یک صفحه فولادی از جنس فولاد کربنی A516-G70 به وسیله روش جوشکاری الکترود دستی، روکش دهی می شود. سپس این فرآیند مورد تحلیل المان محدود در نرم افزار آباکوس قرار گرفته و تنش های پسماند حاصل بررسی می گردد. به منظور صحه گذاری بر نتایج از روش کرنش سنجی سوراخ برای تعیین تنش های پسماند استفاده شده است. در نهایت تنش های پسماند درنمونه هایی که به صورت دو لایه و سه لایه روکش دهی شده اند، بررسی می شوند. با در نظر گیری منابع خطا در انجام آزمایش، نتایج دارای انطباق نسبتا مناسبی می باشند. نتایج حاکی از آن است که بیشترین مقدار تنش های پسماند در قسمت روکش، به صورت کششی و در حد تنش تسلیم فلز پایه است. همچنین با افزایش تعداد لایه در راستای ضخامت لایه روکش و صفحه فولادی، تنش های پسماند کاهش می یابند. این در حالی است که در سطح لایه روکش تنش ها تغییرات ناچیزی دارند و روی صفحه فولادی در مرز بین لایه روکش و صفحه، تنش های پسماند با افزایش تعداد لایه ها افزایش می یابند.
Weld residual stress is one of the most sensitive issues in the safety and reliability ofstructures such as nuclear reactor components. In order to prevent the corrosion caused by corrosiveenvironments, the inner surface of containers made of carbon steel, is cladded in a layer of austeniticstainless steel. In this study, a steel plate of carbon steel A516-G70, will be cladded by the shielded metalarc welding method. In order to validate the results, hole drilling method is used to determine residualstresses. Finally, the residual stresses in samples with two and three layer cladding are examined. Bygiving the sources of error in testing, the results have a relatively good compliance. The results indicatethat, the maximum amount of residual stresses in the clad layer, are tensile and in the stress limit, it isin submission of base metal and cladding layer. Also, by increasing the number of layers in the claddinglayer thickness and steel plate, residual stresses are reduced. However, at the surface of the claddinglayer stresses have inconsiderable changes. And on the border between the cladding layer and the plate,residual stress increases by increasing the number of layers.
https://mej.aut.ac.ir/article_728_ff684fe47b36704fe770db4e036d9c32.pdf
تنش پسماند
روکش دهی
اجزا محدود
روش سورا خکاری
Residual Stresses
Cladding
finite element
Hole Drilling Method
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
851
862
10.22060/mej.2016.807
807
Research Article
بررسی تجربی و عددی فرآیند کشش عمیق هیدرودینامیکی ظرفهای با سطح مقطع مستطیلی و بهینهسازی ابعاد ورق اولیه
Experimental and Numerical Study of Hydrodynamic Deep Drawing Process of Rectangular Cups and Blank Shape Optimization
امیر حق پرست
amirhaghparasttt@gmail.com
1
حمید گرجی
hamidgorji@nit.ac.ir
2
محمد بخشی
bakhshi@nit.ac.ir
3
قربان محمد علی نژاد
g.alinejad@nit.ac.ir
4
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران
تولید قطعات ورقی با مقطع مستطیلی با روش های کشش عمیق سنتی با مشکلات زیادی همراه است. عدم دوار بودن و اختلاف در طول و عرض، شکل دهی این قطعات را مشکل میسازد. در این مقاله، شکل دهی فنجان های مستطیلی در طی یک مرحله که امکان تولید آن با روشهای سنتی و برای عمق و شعاع گوشه مورد نظر وجود نداشته است، با استفاده از روش کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش، پس از طراحی و ساخت قالب و شکلدهی قطعه مستطیلی، نتایج بهدست آمده از شبیه-سازی با نتایج آزمایشگاهی مورد مقایسه و اعتباردهی قرار گرفت. بهعلاوه، اثر فشار شکلدهی روی توزیع ضخامت قطعه، مورد بررسی قرار گرفت. این نتیجه حاصل شد که با افزایش فشار شکلدهی تا حد بهینه، شکلپذیری و توزیع ضخامت بهبود مییابد. همچنین، با هدف حذف ناحیه فلنجی و بهبود شکلپذیری، بهینهسازی ابعاد ورق اولیه با استفاده از آنالیز حساسیت انجام گردید و این نتیجه به-دست آمد که با بهینهسازی شکل ورق میتوان ضمن بهبود توزیع ضخامت، دوربری نهایی را حذف و یک مرحله از تولید و درنتیجه، زمان و هزینه تولید را کاهش داد. در نهایت نشان داده شد که میتوان با استفاده از ورقهای اولیه بهینه، قطعه مستطیلی را در طی یک مرحله و بهطور مطلوب شکل داد.
Production of rectangular sheet parts by traditional deep drawing methods is associatedwith many problems. The absence of axisymmetry and the difference between the length and width ofthe part makes the forming of these products difficult. In this paper, forming of rectangular cups in asingle step which is not possible by traditional methods for the desired depth and corner radius, has beenexamined by hydrodynamic deep drawing process with radial pressure. In this research, after designingand manufacturing of die and forming of rectangular parts, the obtained results from simulation werecompared and verified by those of experiments. Moreover, the effect of forming pressure on thicknessdistribution has been investigated. The study illustrated that increasing forming pressure up to an optimumvalue improves formability and thickness distribution. In addition, in order to remove flange area and toimprove formability, optimization of the sheet dimensions has been performed using sensitivity analysis.It was concluded that optimizing the blank shape can improve thickness distribution, eliminate finalflange trimming and decrease one stage of manufacturing, resulting in decreasing production time andcost. Finally, it was illustrated that it is possible to adequately form rectangular cups in one stage usingoptimized blanks.
https://mej.aut.ac.ir/article_807_12774d295261cd981e7fcad9cbefb030.pdf
هیدروفرمینگ
قطعات مستطیلی
کشش عمیق هیدرودینامیکی
شبی هسازی اجزا محدود
بهین هسازی
Hydroforming
Rectangular cups
hydrodynamic deep drawing
Finite element simulation
optimization
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2018-02-20
49
4
863
874
10.22060/mej.2016.743
743
Research Article
بررسی استحکام برشی در جوش لبه در جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلومینیوم 7075
Investigating the Shear Strength of Friction Stir Lap Welded 7075 Aluminum Alloy
حجت ثمری خلج
h.samarikhalaj@gmail.com
1
علی نیک بخت
anikbakht@aut.ac.ir
2
مجتبی صدیقی
mojtaba@aut.ac.ir
3
سجاد شیخان
sajadsheikhan@gmail.com
4
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
پژوهشکده فناور یهای نو، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
استفاده روزافزون در صنایعی مانند هوافضا، اتومبیل و حمل و نقل، منجر به ساخت سازه ها و توسعه گستره ی تحقیقات در زمینه ساخت و تولید آلومینیوم و آلیاژهای آن شده است. از طرفی جوشکاری ذوبی آلومینیوم و آلیاژهای آن به دلیل مشکلاتی که در خصوصیات فیزیکی، حرارتی و متالورژیکی قطعه نهایی ایجاد می کند، یکی از موانع بر سر راه استفاده از آلومینیوممی باشد. جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی یک روش غیر ذوبی است که با تولید گرمای اصطکاکی و تغییر شکل پلاستیکی در موقعیت اتصال، مزیت هایی مانند اعوجاج پایین، فقدان عیوب مربوط به ذوب و استحکام اتصال بالا را دارا می باشد. در این مقاله، جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی آلیاژ آلومینیوم AA7075-O در حالت لبه روی هم با هدف مطالعه استحکام برشی ناحیه جوش به روش المان محدود توسط دو نرم افزار دفرم و آباکوس به صورت متوالی شبیه سازی شده و به صورت تجربی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در بررسی استحکام برشی میزان اختلاف شبیه سازی با آزمون تجربی % 14 - 15 اندازه گیری شده که نشان دهنده دقت مناسب شبیه-سازی المان محدود فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی است. همچنین، نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که بیشینه تنش برشی ناحیه اتصال برابر 165Mpa است که در سرعت دورانی 1250rpm ، سرعت خطی 50mm/min و زاویه انحراف 3˚ حاصل می گردد
Creating melt joints in aluminum is an obstacle in introducing this metal into structures.This is due to the fact that fusion welding methods of aluminum leaves mechanical and metallurgicaldefects in the final produced parts. Friction stir welding is a non-melting replacement fabrication method,which creates welded joints from a semi-solid material state. In this paper, friction stir lap welding of7075 aluminum alloy is studied both numerically and experimentally with the aim of investigating theshear strength of the welded joint. The shear strength which is calculated by the simulation is maximum14 to 15 % lower to the acquired experimental results, which shows that the simulation process canappropriately be utilized to predict the shear strength of the welded joints for different cases. In addition,the results show that the maximum shear strength is equal to 165 Mpa which is obtained for a case inwhich the rotational speed is 1250 rpm, the linear speed is 50 mm/min and the tilt angle is set to 3˚.
https://mej.aut.ac.ir/article_743_078c42c9a09ef750f7e3de0059e3872c.pdf
جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی
شبیه سازی اجزا محدود
استحکام برشی
Friction stir lap welding
Finite elements method
Shear Strength