per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2016-08-22
48
2
115
124
10.22060/mej.2016.403
403
Research Article
طراحی کنترل کننده تحمل پذیر خطا برای ماهواره با درنظر گرفتن محدودیت دامنه ورودی و عدم قطعیت در آسیب
Spacecraft Fault Tolerant Attitude Control Design under Control Input Saturation and Uncertainty in Fault Information
دانیال بوستان
dbustan@gmail.com
1
سید کمال حسینی ثانی
k.hosseini@um.ac.ir
2
ناصر پریز
n-pariz@um.ac.ir
3
استادیار، دانشکده برق، دانشگاه مهندسی فناوریهای نوین قوچان
استادیار، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد
استاد، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد
در این مقاله، هدف، طراحی کنترل کننده ردیاب تحمل پذیر خطا برای زیر سیستم کنترل وضعیت یک ماهواره با معادلات دینامیک غیرخطی میباشد. وظیفه این کنترل کننده، حفظ پایداری و عملکرد مناسب سیستم حلقه بسته در هنگام بروز آسیب ناشناخته در عملگر، در حضور اغتشاش خارجی کراندار و محدودیت دامنه ورودی است. مبنای این کنترل کننده بر پایه کنترل ساختار متغیر بوده و با استفاده از روش مستقیم لیاپانوف، کرانداری غایی سیگنالهای خطای حالت اثبات شده است. کنترلکننده پیشنهادی، بر خلاف سایر روشهای موجود، به اطلاعات دقیق آسیب وابسته نبوده و تنها در روند طراحی آن، از کران کمینه و بیشینه آسیب، استفاده شده است. همچنین به جهت خواص جبری مناسب و عدم وجود تکینگی در نمایش وضعیت به کمک کواترنیونها، استفاده از این پارامترها در دستور کار قرار گرفته است. نتایج شبیهسازی، نشان از عملکرد مناسب کنترلکننده پیشنهادی در حضور اغتشاش خارجی و آسیب ناشناخته موجود در عملگر دارد.
In this paper, a continuous stable tracking control algorithm is proposed for spacecraft in the presence of unknown actuator failure, control input saturation and external disturbances. The design method is based on variable structure control and has the following properties: 1) fast and accurate response in the presence of bounded disturbances; 2) robust to the partial loss of actuator effectiveness; 3) explicit consideration of control input saturation. In contrast to traditional fault-tolerant control methods, the proposed controller does not require knowledge of the actuator faults and is implemented without explicit fault detection and isolation processes. In the proposed controller, a single parameter is adjusted dynamically in such a way that it is possible to prove the ultimate boundedness of both attitude and angular velocity errors. The stability proof is based on a Lyapunov direct method and the properties of the singularity free quaternion representation of spacecraft error dynamics. Results of numerical simulations state that the proposed controller is successful in achieving high attitude performance in the presence of external disturbances, actuator multiplicative faults, and control input saturation.
https://mej.aut.ac.ir/article_403_564ad33216e0fd0363b9ac1f85cc0ee2.pdf
کنترل تحملپذیر خطا
کنترل وضعیت
خطای ضرب شونده عملگر
ردیابی
کنترل ساختار متغیر
Fault tolerant control
Attitude control
actuator multiplicative fault
Tracking
variable structure control
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2016-08-22
48
2
125
136
10.22060/mej.2016.646
646
Research Article
تحلیل اثر میرایی ترموالاستیک بر ارتعاشات خمشی میکرو ـ نانو تشدیدگرها
Thermoelastic Damping Effect Analysis in Micro/Nano Flexural Resonators
مینا موسی پور
mina.moosapour@gmail.com
1
محمد علی حاج عباسی
hajabasi@mail.uk.ac.ir
2
دانشجوی دکترا، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه گیلان
استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید ب اهنر کرمان
به منظور طراحی سیستم های میکرو-نانوالکترومکانیکی، آگاهی از اثرات میرایی ترموالاستیک برروی ویژگیهای ارتعاشی مثل فرکانس تشدید و حساسیت فرکانسی امری ضروری است. در این مقاله اثر میرایی ترموالاستیک بر ارتعاشات میکروـنانوتشدیدگرهای با سطح مقطع مستطیلی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. معادلات حاکم بر رفتار سیستم شامل معادله انتقال حرارت هدایت و معادلات حرکت ارتعاشی که به یکدیگر کوپل هستند، برای حالت سه بعدی استنتاج شدهاند. در حل معادلات حاکم، با اتکا به روشهای تحلیلی و در نظر گرفتن فرضیات مناسب ابتدا معادله انتقال حرارت برای توزیع دمای سه بعدی در راستای ضخامت، عرض و طول میکروتیر حل میشود، سپس معادله حرکت ارتعاشی با لحاظ کردن کوپلینگ ترموالاستیک از طریق یک گشتاور وابسته به توزیع دما برای مطالعه مود خمشی حل میشود. انتقال فرکانس و فاکتور کیفیت تحت اثرات میرایی ترموالاستیک مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتهاند. انتقال فرکانس بدست آمده در حالتهای خاص با انتقال فرکانس حاصل از توزیع دمای دوبعدی مقایسه شده است، همچنین فاکتور کیفیت بدست آمده نیز با مدلهای تحلیلی توزیع دمای یکبعدی مقایسه شده است. نتایج بدستآمده، نشان میدهد که مدل مطرح شده در این مقاله انطباق خوبی با سایر مدلها دارد و اثر میرایی ترموالاستیک را بر رفتار میکرو-نانوتشدیدگرها به صورت دقیقتری پیشبینی میکند.
Understanding the effects of thermoelastic damping on the vibration parameters such as natural frequency and frequency-sensitive is essential for the design of micro-nano-electromechanical systems. In this paper, the effects of thermoelastic damping in micro- and nanomechanical resonators beam with a rectangular cross section will be analyzed. The governing equations in present system are coupled of heat conduction equation and equation of motion where this methodology has been applied to three- dimensional analyses. To solve these governing equations analytically with considering suitable assumption, first the coupled heat conduction equation is solved for the thermoelastic temperature field by considering three-dimensional (3-D) heat conduction along the length, width and thickness of the beam. Next; thermoelastic coupling is modeled into the equation of motion for flexural vibrations through a temperature-dependent moment of temperature distribution. Frequency shifts and quality factor due to thermoelastic damping are analyzed. For special cases, the obtained frequency shift is compared with the result of the frequency shifts computed using 2-D heat conduction; also the obtained quality factor is compared with exact 1-D heat conduction. The results obtained showed that the model presented in this paper were in good agreement with the other models and it predicted the effects of thermoelastic damping on the behavior of micro-nano resonators accurately.
https://mej.aut.ac.ir/article_646_22eea9090c040b53ff81b3a0db0f3ef2.pdf
میرایی ترموالاستیک
میکرو ـ نانو تشدیدگر
فاکتور کیفیت
انتقال فرکانس
Thermoelastic damping
micro- nano resonator
quality factor
frequency shift
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2016-08-22
48
2
137
146
10.22060/mej.2016.502
502
Research Article
تحلیل ارتعاشات یک نوع تیر مونتاژ شده میکروسکوپ نیرو اتمی به روش حل دقیق و بر اساس تئوری تنش-کوپل اصلاح شده
ibration Analysis of an AFM microcantilever with sidewall and top surface probes based on the couple stress theory
اردشیر کرمی محمدی
akaramim@yahoo.com
1
محمد عباسی
abbasi@yahoo.com
2
دانشیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه شاهرود
استادیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه آزاد شاهرود
در این مقاله، فرکانس تشدید و حساسیت ارتعاشات یک نوع تیر مونتاژ شده میکروسکوپ نیرو اتمی با استفاده از روش حل دقیق و بر مبنای تئوری تنش- کوپل اصلاح شده مورد بررسی قرار گرفته است. تیر مذکور، شامل یک تیر یکسردرگیر افقی، یک رابط عمودی و دو نوک، یکی در انتهای سر آزاد میکروتیر افقی و دیگری در انتهای سر آزاد رابط عمودی میباشد که ساختار آن امکان روبش همزمان سطح فوقانی و جداره میکروساختارها را برای میکروسکوپ نیرو اتمی فراهم میسازد. برای حل به روش حل دقیق، میکروتیر افقی به صورت دو تیر جداگانه مدل شده است. با بدست آوردن معادله حرکت، شرایط مرزی و پیوستگی، فرکانس تشدید و حساسیت میکروتیر مذکور مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از مدل حاضر با نتایج حاصل از روش عددی ریلی-ریتز ارائه شده در مطالعات پیشین مقایسه شده است که مشاهدات نشان دهنده این واقعیت میباشد که خطای روش عددی در پیش-بینی تاثیر پارامترهای مختلف بر روی رفتار ارتعاشاتی تیر مونتاژ شده مذکور قابل ملاحظه است. همچنین با مقایسه نتایج بدست آمده از تئوری تنش-کوپل اصلاح شده با نتاج حاصل از تئوری تیر کلاسیک میتوان اظهار نمود که رفتار ارتعاشاتی میکرو تیر مذکور به شدت وابسته به اندازه میباشد.
In this paper, the resonant frequency and sensitivity of vibration modes of an atomic force microscope (AFM) with an assembled cantilever probe (ACP) are analyzed utilizing the modified couple stress theory. The proposed ACP comprises a horizontal microcantilever, a vertical extension and two tips located at the free ends of the cantilever and the extension, which make AFM capable of scanning the top surface and the sidewall of the sample, simultaneously. To derive the exact solution of the proposed ACP vibration behaviour, the horizontal cantilever is modeled as two beam. Having obtained the equation of motion, boundary and continuity conditions, the resonant frequency and sensitivity are studied. The results predicted by the current theory are compared to those obtained by the numerical methods presented by Kahrobaiyan et al. and the comparison shows that there is some errors in the numerical method results. The results of the couple stress theory are also compare with those of the classical beam theory. The evaluation indicates that the vibration behaviour of the proposed ACP is completely size-dependent.
https://mej.aut.ac.ir/article_502_5255ae355673c713a88496f9de01c316.pdf
میکروسکوپ نیرو اتمی
تیر مونتاژ شده
تئوری تنش-کوپل اصلاح شده
رفتار وابسته به اندازه
پارامتر طول مقیاس
حساسیت
Atomic Force Microscope
Assembled Cantilever Probe
Modified Couple Stress Theory
Size-dependant Behavior
Material Length Scale
Sensitivity
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2016-08-22
48
2
147
156
10.22060/mej.2016.552
552
Research Article
تحلیل عددی - تجربی خصوصیات ماده A356 در بارگذاری خستگی کم چرخه
FE AND EXPRIMENTAL ANALYSIS IN MATERIAL CHARACTERIZATION OF A356 IN LOWCYCLE FATIGUE
علی پورکمالی انارکی
ali_pourkamali@srttu.edu
1
ابراهیم الوندی
ebrahimalvandi2000@yahoo.com
2
استادیار، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی
کارشناسی ارشد، رشته مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی4
این مقاله با شبیه سازی خستگی کم چرخه (LCF)، به دنبال ارزیابی پارامترهای خستگی، خواهد بود که برای برآورد عمر خستگی تحت بارگذاری تک محوره مناسب است .پاسخ تنش کرنش الاستیک و پلاستیک سیکلی با استفاده از روش های پلاستیسیته تجزیه و تحلیل شد. شبیه سازی المان محدود (FE) رفتار غیر الاستیک ماده با استفاده از بسته المان محدود ABAQUS انجام شد. با استفاده از این نرم افزار المان محدود رفتار سیکلی آلیاژ A356 آلومینیم کالیبره شده است. برای تأیید تجربی، یک سری از آزمایشات خستگی کم چرخه تحت فشار کنترل شده و سیکل های کاملا معکوس شونده با استفاده از دستگاه MTS 810 سروو- هیدرولیک و با کنترولر MTS Flex Test GT در 120 و 280 درجه سانتی گراد انجام شد. مقایسه بین شبیه سازی عددی و مشاهدات تجربی نشان دهنده تطابق رضایت بخشی به معنای مهندسی است. بر اساس پاسخ سیکلی الاستیک - پلاستیک تنش-کرنش، آزمایش و شبیه سازی محاسبه شده برای دامنه کرنش های مختلف، به عنوان پارامتر آسیب خستگی شناخته شده است. ساختار سطح نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت و تصاویری از ساختار ساختار دندریتی خاص با بازوهای دندریت ثانویه (SDAS) آنها حدود 25 میکرومتر هستند. نتایج حاصل از آزمایش های هم دما در دماهای C° 120 و 280 در سیکل ثابت شده مشاهده می شود که آلیاژ در دمای C° 120 رفتار سخت شوندگی سیکلی از خود نشان می دهد و در دمای C° 280 رفتار آن نرم شوندگی سیکلی است.
This study deals with simulation of low-cyclefatigue (LCF), followed by evaluation of fatigue parameters, which would be suitable for estimating fatigue livesunder uniaxial loading. The cyclic elastic–plastic stress–strain responses were analyzed using the incrementalplasticity procedures. Finite-element (FE) simulation inelastic–plastic regime was carried out in FE packageABAQUS. Emphasis has been laid on calibration of A356Aluminum Alloy for LCF behavior. For experimental verifications, a series of low-cycle fatigue tests were conductedunder strain-controlled, fully reversed condition in MTS 810 with MTS Flex Test GTcontroller at 120 and 280 °Ctemperature. The comparisons between numerical simulations and experimental observations reveal the matching tobe satisfactory in engineering sense. Based on the cyclicelastic–plastic stress–strain response, both from experiments and simulation, loop areas, computed for variousstrain amplitude, have been identified as fatigue damageparameter.The surface microstructure of the samples were examined and images showing the microstructure of certain dendritic structure with secondary dendrite arms (SDAS) they are approximately 25 micrometers. The results of isothermal experiments at temperatures 280 and 120 ° C and the fixed cycle can be seen that the alloy hardening behavior of those cycles of temperature 120 °C and shows the cyclic softening behavior in 280 °Ctemperature.
https://mej.aut.ac.ir/article_552_2f3984790e941eab03b2c7db16aa761d.pdf
خستگی کم چرخه
آلیاژ A356 آلومینیم
تجزیه و تحلیل المان محدود
Low Cyle Fatigue
A356 Aluminum Alloy
FE Analysis
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2016-08-22
48
2
157
168
10.22060/mej.2016.647
647
Research Article
بررسی تحلیلی جذب انرژی ورقهای ساندویچی با هسته لانه زنبوری
Analytical investigation of energy absorption of sandwich panels with honeycomb core
سید سجاد جعفری
sjd.jafari@yahoo.com
1
سعید فعلی
felisaeid@gmail.com
2
کارشناس ارشد، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان دانشگاه آزاد اسلامی، واحد همدان
دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه رازی، کرمانشاه
چکیده- هدف این مقاله ارائه روش تحلیلی جدیدی برای محاسبه میزان جذب انرژی ورقهای ساندویچی آلومینیوم-هانیکمب تحت اثر ضربه بالستیک میباشد. ورقهای ساندویچی آلومینیوم-هانیکمب دارای هسته هانیکمب شش ضلعی میباشد که بین دو صفحة فلزی آلومینیومی، محصور شده است. ضربه زننده بهصورت پرتابه صلب استوانهای سر تخت در نظر گرفته شده است. با استفاده از مدل جرم و فنر، جذب انرژی لایههای آلومینیومی در بارگذاری شبهاستاتیکی و با در نظر گرفتن مکانیزمهای مختلف جذب انرژی محاسبه شده است. همچنین جذب انرژی هانیکمب نیز به کمک مدل ویرزبیکی محاسبه میگردد. جذب انرژی توسط ورقهای ساندویچی آلومینیوم- هانیکمب محاسبه و با استفاده از موازنة انرژی، سرعت حد بالستیک و سرعت باقیماندة پرتابه محاسبه شده است. مقادیر سرعت حد بالستیک و سرعت باقیماندة محاسبه شده با روش تحلیلی همخوانی مناسبی با مقادیر تجربی دارد. همچنین اثرات جرم و قطر پرتابه و اندازة سلول هانیکمب در میزان جذب انرژی ساندویچ پانل بررسی شده است.
Abstract of "Analytical investigation of energy absorption of sandwich panels with honeycomb core"In this paper, a new analytical model has been presented for energy absorption of aluminum-foam sandwich panels under ballistic impact. The panels consist of hexagonal honeycomb core sandwiched between two aluminum skins. In analytical model cylindrical rigid projectile with flat ended has been considered. In the quasi-static loading, by using the springs-mass model, energy absorption of Aluminum skins with considering difference energy absorption mechanisms calculated. Energy absorption of honeycomb has been determined by wierzbicki model. Energy balancing equation has been employed for determination the ballistic limit and residual velocity of striker. The results of ballistic limit and residual velocity of striker computed by new model have good agreement with experimental results. Also the effects of projectile mass and diameter and cell diameter of honeycomb in energy absorption of sandwich panel has been investigated.Keywords: sandwich panel, Honeycomb, Aluminum, perforation, energy absorption.
https://mej.aut.ac.ir/article_647_f9fd19dccd0fdb8ef95296ec37d5334e.pdf
ورق ساندویچی
هانیکمب
آلومینیوم
سوراخ شدن
جذب انرژی
sandwich panel
Honeycomb
Aluminum
perforation
Energy Absorption
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2016-08-22
48
2
169
178
10.22060/mej.2016.549
549
Research Article
بررسی علل شکست سوپاپ اطمینان مخازن حمل گاز LPG
Investigation the causes of failure of LPG Tanks relife valves
حسن غیاثی
ghiasi@acecr.ac.ir
1
مصطفی سلطانلو
msoltanloo@nri.ac.ir
2
عضو هیئت علمی پژوهشکده توسعه تکنولوژی جهاد دانشگاهی صنعتی شریف
کارشناس متالورژی پژوهشگاه نیرو
سوپاپ اطمینان قسمت حساس یک دستگاه است که جهت تأمین امنیت جانی و مالی افراد مرتبط با آن از اهمیت بالایی برخوردار است. کاربرد این قطعه در سیستم هایی که احتمال افزایش فشار درونی سیستم به بیش از مقدار مجاز می رود ضروری است. یکی از این سیستم ها مخازن حمل گاز است که مانند یک بمب متحرک بوده و در صورت عملکرد نادرست سوپاپ اطمینان در هر جایی امکان انفجار آنها وجود دارد. در این تحقیق به بررسی علل شکست سوپاپ اطمینان یکی از این مخازن که مخصوص حمل گاز LPG است پرداخته می شود. به این منظور آزمایشات آنالیز شیمیایی، متالوگرافی، تعیین خواص مکانیکی و شکست نگاری بر روی نمونه شکسته شده انجام گردید. کیفیت سطحی نمونه نیز توسط استریو میکروسکوپ و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی واقع شد. نتایج این بررسی ها نشان دهنده بروز شکست خستگی در نمونه است. عوامل اصلی موثر در بروز این پدیده، کاهش کیفیت سطحی ناشی از خوردگی حفره ای و ماشینکاری نامناسب تشخیص داده شد.
The relife valve is a critical part of a device that has great importance to ensure security of related persons life and financial. Use this piece is necessary in the system with possibility of increasing the internal pressure of the system. One of these systems is gas tanks that is such as a mobile bomb and in case of malfunctioning of relife valve, in which place there is a possibility of explosion. In this study, evaluation of valve failure a portable LPG gas cylinder is performed. For this purpose, chemical analysis, metallography, mechanical properties, and in particular the fractography was done on The broken sample. The surface quality of the samples were examined by stereomicroscope and scanning electron microscopy. The results show the fatigue failure. in effect of loss of surface quality due to pitting of the of inappropriate machining. The main factors contributing to this phenomenon was detected reduction of surface quality due to pitting and improper machining.
https://mej.aut.ac.ir/article_549_f315944644a89d45bdbabcfc5e7a2d6d.pdf
سوپاپ اطمینان
مخزن
شکست
خستگی
کیفیت سطحی
Safety valve
tank
Fracture
Fatigue
quality of surface
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2016-08-22
48
2
179
186
10.22060/mej.2016.598
598
Research Article
بررسی تجربی و عددی گسترش ترک در رگه های بال سنجاقک
Experimental and numerical investigations of crack propagation in dragonfly wing veins
حامد رجبی
hrajabi@zoologie.uni-kiel.de
1
علی شفیعی
alish_ki_1990@yahoo.com
2
ابوالفضل درویزه
adarvizeh@guilan.ac.ir
3
هاشم بابایی
ghbabaei@guilan.ac.ir
4
مدرس، مهندسی مکانیک، موسسه آموزش عالی احرار، رشت
مدرس موسسه آموزش عالی احرار رشت
استاد موسسه آموزش عالی احرار رشت
استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت
بالهای حشرات ساختارهای حیاتی پیچیدهای هستند که دارای رفتار مکانیکی جالب توجهی میباشند. بالها اساسا از رگهها و پوستهها تشکیل یافتهاند. پوستههای تشکیل دهنده بال از لحاظ مکانیکی از چقرمگی بالایی برخوردار نیستند. اما به طور کلی مجموعه ساختار بال از مقاومت بسیار بالایی در برابر گسترش ترک برخوردار است. در این مقاله، ترکیبی از روشهای عکس برداری با میکروسکوپ الکترونی، تست کشش و شبیهسازی عددی به منظور بررسی نقش رگهها بر مکانیزم چقرمگی بال مورد استفاده قرار میگیرد. مدلسازی عددی رشد ترک در رگه بر مبنای روش المان محدود توسعه یافته میباشد. خواص مکانیکی الاستیک خطی و قانون کشش- جدایش خطی به منظور شبیهسازی رفتار ساختاری ماده تشکیلدهنده رگه استفاده میشود. عکسهای میکروسکپی نشان میدهند که رگههای بال دارای ساختار میکروسکپی توخالی متشکل از لایههای ساخته شده از کیتین و پروتئین میباشند. نتایج حاصل از شبیهسازی عددی نشان میدهد که تمامی لایههای سازنده رگه با تنش ناشی از شرایط بارگذاری خارجی مواجه میشوند. اما حضور پروتئین نقش مهمی در جلوگیری از رشد ترک ایفا میکند. مقایسه نتایج نشان دهنده مطابقت مطلوب بین مدلسازیهای عددی انجام شده و نتایج تجربی میباشد.
The vinous wings of insects are complex biological structures with remarkable mechanical behavior. The wings mainly consist of veins and membranes. The membranes of the wing are not mechanically tough. But, the whole wing structure reveals a significant resistance to crack propagation. In this paper, a combination of scanning electron microscopy technique, experimental tensile tests and numerical simulation is employed to investigate the effect of the veins on the “toughening mechanism” of the wings. The numerical simulation of crack propagation in the vein is based on the extended finite element method. Linear elastic material properties and linear traction-separation law are used to simulate the constitutive behavior of the vein materials. The microscopic images show that the veins have a tubular microstructure that consists of layers made of chitin and protein. The results from numerical simulations demonstrate that each vein layer effectively cope with the stresses due to external loading. But, the presence of protein plays an important role in arresting the crack growth. Comparison of the results reveals a very good agreement between numerical simulations and experimental data.
https://mej.aut.ac.ir/article_598_4077238b6163e74c592ea171ed40a14f.pdf
بال سنجاقک
میکروسکوپ الکترونی
روش المان محدود توسعه یافته
تست کشش
رشد ترک
Dragonfly wing
scanning electron microscopy
extended finite element method
Tensile Test
crack propagation
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2016-08-22
48
2
187
196
10.22060/mej.2016.648
648
Research Article
بررسی اثر نسبت اضلاع میله در انتشار امواج هدایت شده فراصوت در میلهای با مقطع مستطیلی
Analysis of side ratio effect on propagation of ultrasonic guided waves in a bar with rectangular section
مرتضی رفیعی
morteza.rafiei@ymail.com
1
خسرو نادران طحان
naderan_kh@scu.ac.ir
2
کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز
استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز
در این پژوهش تأثیر نسبت اضلاع مقطع یک میله با مقطع مستطیل بر سرعت امواج طولی، پیچشی و خمشی بررسی میشود و جابجایی ذرات میله در مجاورت سطوح آزاد آن بهدست میآید. حرکت موج در یک میله با مقطع مستطیل باید به صورت سه بعدی تحلیل شود. در دستگاه معادلات همگنی که برای تأمین شرایط مرزی سطوح بدون تنش تشکیل میشود، ضرایب نامعینی ظاهر میشوند که برای وجود جواب غیربدیهی باید دترمینان ضرایب این دستگاه برابر صفر شود. به این ترتیب معادله مشخصه امواج قابل انتشار به دست میآید. با نوشتن یک برنامه کامپیوتری ریشههای حقیقی این معادله استخراج، و نمودارهای طیف فرکانس، سرعت فاز، سرعت گروه و ساختار موج برای امواج طولی، پیچشی و خمشی رسم میشوند. با افزایش نسبت اضلاع مقطع میله مشاهده میشود که با افزایش فرکانس، سرعت فاز امواج طولی و پیچشی کاهش یافته در حالی که سرعت فاز امواج خمشی افزایش یافته است. همچنین برای بعضی از مودها، تغییر مکان ذرات در مجاورت سطح قابل ملاحظه و برای بعضی مودهای دیگر این تغییر مکان ناچیز است.
In this research side ratio effect of ultrasonic guided waves in a bar with rectangular cross section is investigated and wave structure is calculated and plotted. The motion of ultrasonic guided waves in the mentioned bar is considered as a three dimensional problem. In the homogenous equation system that is obtained to satisfy stress free surface boundary conditions, the ratios determinant of this system should equal zero. So, the frequency equation is obtained. The real roots of this equation are extracted and frequency spectrum, phase and group velocity diagrams and wave structure for longitudinal, torsional and bending waves are plotted by a written computer program by Matlab. Increasing cross section bar side ratio shows when the frequency increases the longitudinal and torsional waves phase velocity decreases and bending waves phase velocity increases. Also, for some modes replacing particles on the bar surface is considerable and for some others is negligible.
https://mej.aut.ac.ir/article_648_f0325c2554e6c05b170405b90108a4e5.pdf
امواج هدایت شده فراصوت
سرعت فاز
سرعت گروه
میله
مقطع مستطیلی
Ultrasonic guided waves
Phase velocity
Group velocity
bar
Rectangular section
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2016-08-22
48
2
197
206
10.22060/mej.2016.649
649
Research Article
تأثیر فرآیند نورد تجمعی معکوس بر ریزساختار، خواص مکانیکی و ناهمگنی خواص آلیاژآلومینیوم AA1050
Effect of Reversed Accumulative Roll Bonding Process on Microstructure, Mechanical Properties and Properties Inhomogeneity of AA1050 Alloy
مجتبی دهقان
dehghan.mojtaba@yahoo.com
1
فتح ا... قدس
qods@semnan.ac.ir
2
مهدی گردوئی
gerdooei@shahroodut.ac.ir
3
دانشجوی دکترای مهندسی مواد - خواص فیزیکی و مکانیکی، دانشگاه سمنان
دانشیار دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه سمنان
استادیار دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شاهرود
در این پژوهش پس از انجام 13 پاس فرآیند نورد تجمعی بر ورق آلومینیوم AA1050، بهبود ریزساختار ورق تا دستیابی به دانههایی با ابعاد نانومتری بررسی شده است. در این پژوهش بین پاسهای فرآیند ورقها o180 حول محور عمود (ND) چرخانده و هر پاس در خلاف جهت پاس قبل انجام شده است و همچنین قبل از انجام هر پاس ورق تحت عملیات پیشگرم قرار گرفته است. به منظور بررسی تغییرات استحکام و میزان ازدیاد طول ورق طی پاسهای مختلف فرآیند، آزمون کشش تکمحور در سه جهت نورد (RD)، جهت عرضی (TD) و زاویهی o45 نسبت به جهت نورد انجام و میزان ناهمگنی خواص در این سه جهت اندازهگیری شده است. چگونگی تغییر ناهمگنی خواص مکانیکی ورق طی پاسهای مختلف فرآیند به صورت سینوسی است و کمترین میزان ناهمگنی در پاسهای سوم، چهارم و سیزدهم به وقوع پیوست. در پایان با انجام آزمون میکروسختی ویکرز در طول ضخامت ورق، تغییرات سختی طی پاسهای مختلف فرآیند بررسی شده است. سختی و استحکام ورقها در پاسهای ابتدایی فرآیند افزایش مییابد، در پاسهای میانی تقریبا ثابت است و در پاسهای پایانی نیز کمی کاهش مییابد. میزان ازدیاد طول نیز پس از افت ناگهانی در پاس اول، در پاسهای بعدی فرآیند با شیب کمی افزایش مییابد.
In this research, 13 passes ARB process performed on AA1050 sheets. The microstructural improvement to achieving nanometer-sized grains during ARB process was studied. In this process, the sheets were rotated 180o around the normal direction (ND) axis after each rolling passes and preheated before each passes. Moreover, the changing of strength and elongation of the ARBed sheets during the process was investigated by uniaxial tensile test in three directions (roll direction (RD), transverse direction (TD) and angle of 45o toward RD); and then the inhomogeneity of mechanical properties in these directions was measured. The least of inhomogeneity occurred in three, four and thirteenth passes of process. Finally, micro-Vickers hardness was investigated throughout thickness of the sheets in this process. The strength and hardness of sheets increased at the early passes and then did not changed apparently at the middle passes of process; and subsequently they decreased gently. The elongation of sheets decreased swiftly at the first pass of process; and then it increased slowly.
https://mej.aut.ac.ir/article_649_11369461cb692d02bd0a4819a27cc1ea.pdf
فرآیند نورد تجمعی معکوس
ساختار نانومتری
استحکام کششی
میزان ازدیاد طول
شاخص ناهمگنی
Reversed Accumulative Roll Bonding
Nanostructure
Tensile Strength
Elongation
Inhomogeneity Index
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2016-08-22
48
2
207
214
10.22060/mej.2016.501
501
Research Article
بررسی تاثیر پارامترهای جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بر روی شکل پذیری ورق های ترکیبی آلومینیم
Investigation of Influence of Friction Stir Welding Parameters on Formability of Aluminum Tailor Welded Blanks
رسول صفدریان
safdarian@bkatu.ac.ir
1
استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان
ورق ترکیبی آلومینیم متشکل از دو یا چند نوع ورق آلومینیم می باشد که با یکی از فرآیندهای جوشکاری بصورت لب به لب بهم جوش می شود. ورقهای ترکیبی آلومینیم بدلیل نسبت استحکام به وزن بالا کاربرد زیادی در صنایع مختلف از جمله صنعت خودروسازی دارند. روشهای مختلفی برای جوشکاری ورقهای آلومینیم بهم وجود دارد، اما روشهای جوشکاری ذوبی بدلیل اینکه سبب تشکیل فازهای ترد در حوضچه مذاب می شوند باعث کاهش استحکام جوش می شوند. به همین دلیل یکی از روشهای جوشکاری جایگزین جوشکاری اصطکاکی می باشد. پارامترهای جوشکاری اصطکاکی تاثیر زیادی در کیفیت جوش دارند. در تحقیق حاضر تعدادی از مهمترین پارامترهای جوشکاری مورد بررسی قرار می گیرند. این پارامترهای شامل نوع ایزار جوشکاری اصطکاکی، سرعت دورانی ابزار و سرعت حرکت خطی ابزار می باشد. از آنجائیکه ورقهای ترکیبی در فرآیندهای شکل دهی تحت فرآیندهای شکل دهی خارج از صفحه قرار می گیرند در تحقیق حاضر از آزمون سنبه سرکروی (اریکسون) برای بررسی کیفیت جوش استفاده می شود. بر همین اساس یک طراحی آزمایش به روش تاگوچی انجام می شود و تعدادی نمونه ورق ترکیبی آلومینیم جوش می شود. فلزات پایه ورق ترکیبی، آلومینیم 6061 و 5281 می باشد. نتایج تحقیق حاضر نشان می دهد که نوع ابزار جوشکاری تاثیر زیادی در کیفیت جوش دارد. افزایش سرعت دورانی ابزار سبب افزایش کیفیت جوش و خاصیت شکل پذیری ورق ترکیبی می شود.
Aluminum tailor welded blanks consist of two or more aluminum sheet which welded together by one of the welding processes. Aluminum TWBs are used in different industries like automotive industry because they have high ratio of strength to weight. There are many different welding methods for aluminum welding, but melting methods cause to form brittle phases and decrease weld strength. Therefore, friction stir welding is a replacement method. Friction stir welding’s parameters have high influence on the weld quality. In the present study, some of the main parameters of friction stir welding are investigated. These parameters are type of welding tool, rotation velocity of welding tool and traveling speed of tool. Whereas tailor welded blanks are used in the out of plane forming processes, Erichsen formability test is used for investigation of weld quality. Therefore, a design of experiment is done using Tauguchi method and some aluminum tailor welded blank samples are welded. Aluminum 6061 and 5182 are base metal of tailor welded blank. Results of study show that type of welding tool has a much influence on the weld quality. Weld quality and formability increase by increasing of tool’s rotational velocity.
https://mej.aut.ac.ir/article_501_1559dbb2c78f557a726aee4ff61d5276.pdf
ورق ترکیبی آلومینیم
جوشکاری اصطکاکی
آزمون شکل دهی اریکسون
کرنش بیشینه
Aluminum tailor welded blank
Friction Stir Welding (FSW)
Erichsen formability test
Major strain
per
دانشگاه صنعتی امیرکبیر
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
2008-6032
2476-3446
2016-08-22
48
2
215
226
10.22060/mej.2016.605
605
Research Article
تحلیل عددی و تجربی شکلدهی الکترومغناطیس لوله به طرف داخل به روش کوپل
Numerical and Experimental Investigation of Electromagnetic Inward Tube Forming in Coupled method
میلاد شبان پور
m.shabanpour@aut.ac.ir
1
علیرضا فلاحی آرزودار
afallahi@aut.ac.ir
2
دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران
دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران
چکیده یکی از مهمترین بحثها در شبیهسازی فرآیند شکلدهی الکترومغناطیس لوله به طرف داخل، چگونگی کوپلکردن دو قسمت مغناطیسی و سازه میباشد. در این مقاله این فرآیند، به دو روش کوپل ضعیف و کوپل ترتیبی شبیهسازی شده است. در روش کوپل ضعیف، این دو قسمت به صورت جدا از هم حلشده اما در حالت کوپل ترتیبی با استفاده از معادلات ماکسول و روش حل تفاضل محدود و استفاده از یک زیر برنامه در محیط نرمافزار آباکوس، حل این دو قسمت به صورت همزمان انجام شده است؛ از این رو تغییر شکل قطعهکار و تأثیر آن بر اندوکتانس قطعهکار درطول فرآیند در روش کوپل ترتیبی لحاظ میشود. در روش کوپل ضعیف، میزان عمق فروروی مرکز قطعهکار در مقایسه با حالت تجربی 35 درصد اختلاف دارد اما این اختلاف با استفاده از روش کوپل ترتیبی به حدود 5 درصد میرسد. دلیل این اختلاف زیاد عدم درنظرگرفتن تغییرشکل قطعهکار و تغییراندوکتانس در طول فرآیند است. از مدل خسارت جانسون-کوک برای پیشبینی پارگی در این فرآیند استفاده شده است. افزایش ولتاژ تخلیه موجب افزایش میزان خسارت جانسون-کوک و همچنین افزایش ضخامت قطعهکار نیز به عنوان دومین متغیر مهم، موجب کاهش میزان خسارت و درنتیجه کاهش احتمال پارگی میشود. به طور کلی میزان خسارت کمتر از 8/0 را میتوان به عنوان یک منطقه ایمن بدون پارگی معرفی کرد.
ABSTRACT The coupling of the electromagnetic field and the mechanical structure field is one of the main problems in the theoretical study of Electromagnetic Forming (EMF). In this study, two possible approaches for the simulation of the electromagnetic tube compression forming process were implemented and compared: A loose-coupled and a sequential-coupled algorithm. In the loose-coupled the electromagnetic field and mechanical structure field were solved separately, but in the sequential-coupled algorithm, the electromagnetic simulation and the mechanical structure simulation were iteratively performed by using Maxwell equations and Finite Difference Method (FDM) as subroutine VDLOAD in ABAQUS software. A deformation of the tube and consequently a change in inductance of tube during the process in the sequential-coupled algorithm was considered. The depth of bead in loose-coupled algorithm compared to experimental result had a 35% error, but in a sequential-coupled algorithm this error has been reduced to 5%. To predict tearing in this process Johnson-Cook damage criterion used. Increasing of discharge voltage and tube thickness respectively, had maximum effect on Johnson-Cook damage. Amount of damage less than 0.8 is conservatively suitable for the safe area without fracture.
https://mej.aut.ac.ir/article_605_3566cd13f010657928f4402ee9ba5578.pdf
کلیدواژگان شکلدهی الکترومغناطیس
شکلدهی الکترومغناطیس لوله به طرف داخل
شبیهسازی کوپل ترتیبی و ضعیف
پارگی
KEYWORDS Electromagnetic Forming
Electromagnetic Inward Tube Forming
Sequential-coupled
Loose-coupled
Tearing