ORIGINAL_ARTICLE
طراحی مسیر کوادروتورهای همکار بهوسیله آرایش رهبر-پیرو بر مبنای کمترین انرژی مصرفی به منظور حمل بار
امروزه وسایل هوایی بدون سرنشین به دلیل هزینه پایین، قدرت مانور بالا، بقای خوب در هر دو زمینه نظامی و تجاری مورد توجه بسیار قرار گرفته اند. هنگام تعیین یک مأموریت برای چنین سیستمهایی، طراحی مسیر، عنصر حیاتی کل سیستم است. در میان وسایل هوایی بدون سرنشین، کوادروتورها از اهمیت بیشتری برخوردارند. توانایی های این وسیله در حمل و نقل بار هوایی توجه بسیاری از گروههای تحقیقاتی در سراسر جهان را به خود جلب کرده است. در این پژوهش طراحی مسیر بر مبنای کمترین انرژی مصرفی به منظور حمل بار مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این پژوهش بررسی تأثیر تابع هدف پیشنهادی به منظور طراحی مسیر بهینه برای حمل بار بر مبنای کاهش انرژی مصرف شده کوادروتورها می باشد. نتایج بیانگر کاهش ۳۵/۲۹% میانگین انرژی مصرفی یک کوادروتور در حالت همکار نسبت به یک کوادروتور در حالت انفرادی بود. همچنین این موضوع نشانگر افزایش ظرفیت حمل بار در حالت گروهی می باشد. از سوی دیگر آرایش رهبر پیرو مورد نظر نیز با توجه به روابط تعریف شده ایجاد، و تا انتهای مسیر حفظ شده است. نتایج شبیه سازی قدرت روش و توانایی آن برای حل مسائل پیچیده نظیر طراحی مسیر حرکت کوادروتورهای همکار به منظور حمل بار را نشان می دهد.
https://mej.aut.ac.ir/article_3523_918ae0d9b565272f759adfe92d22214d.pdf
2019-07-14
3327
3340
10.22060/mej.2019.15994.6245
طراحی مسیر
رباتهای همکار
کوادروتور
کنترل بهینه
انتقال بار
حسین
کیائی
azaduni2010@gmail.com
1
مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ملایر، ملایر
AUTHOR
حمیدرضا
حیدری
hr.heidari@malayeru.ac.ir
2
دانشگاه ملایر
LEAD_AUTHOR
[1]L. Yang, J. Qi, J. Xiao, X. Yong, A literature review of UAV 3D path planning, in Proceeding of 11th World Congress on Intelligent Control and Automation, Shenyang, China: IEEE, (2014) 2376-2381.
1
[2] Atyabi, D. M. Powers, Review of classical and heuristic-based navigation and path planning approaches, International Journal of Advancements in Computing Technology, 5(14) (2013) 1-14.
2
[3] Ghazbi, Y. Aghli, M. Alimohammadi, and A. Akbari, Quadrotors unmanned aerial vehicles: a review, International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems, 9(1) (2016) 309-333.
3
[4] Hehn, R. Ritz and R. D’Andrea, Performance benchmarking of quadrotor systems using time-optimal control, Autonomous Robots, 33(1) (2012) 69-88.
4
[5] Cetin, G. Yilmaz, Real-time autonomous uav formation flight with collision and obstacle avoidance in unknown environment, Journal of Intelligent and Robotic Systems, 84(4) (2016) 415-433.
5
[6] Jeauneau, A. Kotenkoff, Path planner methods for UAVs in real environment, 12th IFAC Symposium on Robot Control, Budapest, Hungary, 51(22) (2018) 292-297.
6
[7] Fu, J. Yu and Y. Mao, A heuristic evolutionary algorithm of UAV path planning, Wireless Communications and Mobile Computing, 28(5) (2018) 1-11.
7
[8]Cai, J. Jia and J. Lei, Research on path optimization with PSO for unmanned vehicle, International Journal of Online and Biomedical Engineering, 11(8) (2015) 21-24.
8
[9] Kahina, P. Spiteri and F. Demim, Application optimal control for a problem aircraft flight, Journal of Engineering Science and Technology, 11(1) (2016) 156-164.
9
[10] K. Das, R. Fierro, V. Kumar, J.P. Ostrowski, J. Spletzer, C.J. Taylor, A vision-based formation control framework, IEEE transactions on robotics and automation, 18(5) (2002) 813-825.
10
[11] Guanghua, L. Deyi, G. Wenyan, J. Peng, Study on formation control of multi-robot systems, in Proceeding of Intelligent System Design and Engineering Applications (ISDEA), IEEE, (2013) 1335-1339.
11
[12] Fredslund, M.J. Mataric, A general algorithm for robot formations using local sensing and minimal communication, IEEE transactions on robotics and automation, 18(5) (2002) 837-846.
12
[13] H. Pizetta, A.S. Brandão, M. Sarcinelli-Filho, Modelling and control of a pvtol quadrotor carrying a suspended load, in Proceeding of International Conference on Unmanned Aircraft Systems, Denver, CO, USA: IEEE, (2015) 444-450.
13
[14] Palunko, P. Cruz, R. Fierro, Agile load transportation: safe and efficient load manipulation with aerial robots, IEEE robotics & automation magazine, 19(3) (2012) 69-79.
14
[15] Faust, I. Palunko, P. Cruz, R. Fierro, L. Tapia, Automated aerial suspended cargo delivery through reinforcement learning, Artificial Intelligence, 247(1) (2017) 381-398.
15
[16] Sreenath, N. Michael, V. Kumar, Trajectory generation and control of a quadrotor with a cable suspended load a differentially flat hybrid system, in Proceeding of International Conference on Robotics and Automation, Karlsruhe, Germany: IEEE, (2013) 4888-4895.
16
[17] Tang, V. Kumar, Mixed integer quadratic program trajectory generation for a quadrotor with a cable-suspended payload, in Proceeding of International Conference on Robotics and Automation, Seattle, Washington, D.C: IEEE, (2015) 2216-2222.
17
[18] A. Goodarzi, T. Lee, Dynamics and control ofquadrotor UAVs transporting a rigid body connected via flexible cables, in Proceeding of American Control Conference, IEEE, (2015) 4677-4682.
18
[19] Lee, K. Sreenath, V. Kumar, Geometric control of cooperating multiple quadrotor UAVs with a suspended payload, in Proceeding of 52nd Annual Conference on Decision and Control, Florence, Italy: IEEE, (2013) 5510-5515.
19
[20] H. Pizetta, A.S. Brandão, M. Sarcinelli-Filho, Cooperative quadrotors carrying a suspended load, in Proceeding of International Conference on Unmanned Aircraft Systems, Arlington, VA, USA: IEEE, (2016) 1049-1055.
20
[21] Sreenath, V. Kumar, Dynamics, control and planning for cooperative manipulation of payloads suspended by cables from multiple quadrotor robots, in Proceeding of International Conference on Robotics: Sience and systems, Berlin, Germany: IEEE, (2013) 1-8.
21
[22] K. Dhiman, A. Abhishek, M. Kothari, Cooperative load control and transportation, in: AIAA Information Systems, Aerospace, Eds., (2018) 0895.
22
[23] Morbidi, R. Cano, D. Lara, Minimum-energy path generation for a quadrotor UAV, in Proceeding of International Conference on Robotics and Automation, Stockholm, Sweden: IEEE, (2016) 1492-1498.
23
[24] Shirani, N. Majdeddin, I. Izadi, Cooperative load transport using multiple quadrotors, Distributed Autonomous Robotic Systems, Series Springer Tracts in Advanced Robotics, (2013).
24
[25] Motors, Speed controls, Servo systems: an engineering handbook, Electro-Craft Corporation, (1977).
25
[26] F. Gieras, Permanent magnet motor technology: design and applications: CRC press, (2002).
26
ORIGINAL_ARTICLE
تعیین مرز ناپایداری فلاتر بال کامپوزیتی با استفاده از ماشین بردار پشتیبان
هدف از این مقاله، آموزش ماشین بردار پشتیبان برای تعیین مرز ناپایداری آیروالاستیک فلاتر یک بال کامپوزیتی میباشد. بال هواپیما به صورت یک تیر دارای دو درجه آزادی و یک سر گیردار به همراه نیروی پیشران تعقیب کننده و جرم موتور مدل شده است. برای مدلسازی بال کامپوزیتی از تئوری لایهای و مدلسازی آیرودینامیکی از تئوری جریان ناپایا با فرض جریان مادون صوت و تراکم ناپذیر در حوزهی زمان استفاده شده است. معادلات حاکم بر حرکت بال با استفاده از روابط لاگرانژ و در نظر گرفتن مدهای فرضی استخراج گردیدهاند. سرعت فالاتر خطی نیز با توجه به روش مقدار ویژه محاسبه گردیده است. فرآیند محاسبه سرعت فلاتر به صورت کد نرمافزاری تهیه شده است که این کد با توجه به تعداد لایهها، زاویه الیاف در هر لایه، جرم موتور و نیروی پیشران قادر به محاسبه سرعت فلاتر میباشد. با توجه به اینکه زمان محاسبات برای تحلیل سرعت فالتر بالا بوده، در این مقاله برای کاهش هزینه محاسبات از روش ماشین بردار پشتیبان استفاده شده است. جهت آموزش ماشین بردار پشتیبان از تعداد نقاط محدودی که بیانگر ناحیه امن و ناامن میباشد، استفاده شده است. نتایج نشان میدهد که ماشین بردار پشتیبان میتواند به عنوان یک ابزار دقیق و سریع در تشخیص مرز ناپایداری فلاتر بالها باشد.
https://mej.aut.ac.ir/article_3553_472fb24cd8309a1fc15429e78b9a28c0.pdf
2019-08-22
3341
3352
10.22060/mej.2019.16011.6249
آیروالاستیسیته
فلاتر
بال کامپوزیت
ماشین بردار پشتیبان
مجتبی
فرخ
farrokh@kntu.ac.ir
1
سازههای هوایی، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
LEAD_AUTHOR
محمدرضا
فلاح
fallah.mr89@gmail.com
2
سازههای هوایی، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
AUTHOR
[1] A. Basudhar, S. Missoum, Adaptive explicit decision functions for probabilistic design and optimization using support vector machines, Computers & Structures, 86(19-20) (2008) 1904-1917.
1
[2] F. Khan, F. Enzmann, M. Kersten, Multi-phase classification by a least-squares support vector machine approach in tomography images of geological samples, Solid Earth, 7(2) (2016) 481-492.
2
[3] S. Tong, D. Koller, Support vector machine active learning with applications to text classification, Journal of machine learning research, 2(Nov) (2001) 45-66.
3
[4] R.L. Bisplinghoff, H. Ashley, Principles of aeroelasticity, Courier Corporation, 2013.
4
[5] Y.C. Fung, An introduction to the theory of aeroelasticity, Courier Dover Publications, 2008.
5
[6] W.T. Feldt, G. Herrmann, Bending-torsional flutter of a cantilevered wing containing a tip mass and subjected to a transverse follower force, Journal of the Franklin Institute, 297(6) (1974) 467-478.
6
[7] D.H. Hodges, M.J. Patil, S. Chae, Effect of thrust on bending-torsion flutter of wings, Journal of Aircraft, .673-173 (2002) (2)93
7
[8] A. Mazidi, S. Fazelzadeh, Flutter of a swept aircraft wing with a powered engine, Journal of Aerospace Engineering, 23(4) (2009) 243-250.
8
[9] M. Amoozgar, S. Irani, G. Vio, Aeroelastic instability of a composite wing with a powered-engine, Journal of Fluids and Structures, 36 (2013) 70-82.
9
[10] R. Koohi, H. Shahverdi, H. Haddadpour, Nonlinear aeroelastic analysis of a composite wing by finite element method, Composite Structures, 113 (2014) 118-126.
10
[11] M.R. Fallah, M. Farrokh, S. Irani, The effect of laminate layers and follower force on optimum flutter speed of composite wing, Modares Mechanical Engineering, 16(6) (2016) 226-236.(in Persian)
11
[12] V. Vapnik, Statistical learning theory, Wiley, New York, 1998.
12
[13] V. Vapnik, The nature of statistical learning theory, Springer science & business media, 2013.
13
[14] Q. Pan, D. Dias, An efficient reliability method combining adaptive support vector machine and Monte Carlo simulation, Structural Safety, 67 (2017) 85-95.
14
[15] E. Dowell, E. Crawley, H. Curtiss Jr, D. Peters, R. Scanlan, F. Sisto, A Modern Course in Aeroelasticity, in, Kluwer Academic Publishers, Dodrecht, 1995.
15
[16] C. Cesnik, D. Hodges, M. Patil, Aeroelastic analysis of composite wings, in: 37th Structure, Structural Dynamics and Materials Conference, 1996, pp. 1444.
16
[17] H. Pourshamsi, A. Mazidi, S.A. Fazelzadeh, Flutter analysis of an aircraft wing carrying, elastically, an external store, Modares Mechanical Engineering, 15(1) (2015).(in Persian).
17
[18] S. Fazelzadeh, A. Mazidi, H. Kalantari, Bendingtorsional flutter of wings with an attached mass subjected to a follower force, Journal of Sound and Vibration, 323(1-2) (2009) 148-162.
18
[19] D.H. Hodges, E. Dowell, Nonlinear equations of motion for the elastic bending and torsion of twisted nonuniform rotor blades, (1974).
19
[20] A.A.A.-H. Ali, M.I. Hamed, The effect of laminated layers on the flutter speed of composite wing, Journal of Engineering, 18(8) (2012) 924-934.
20
[21] B. Ghadiri, M. Razi, S. Hamidi, Dynamic instability analysis of a swept wing in time-domain, Modares Mechanical Engineering, 9(37) (2011) 93-106.(in Persian)
21
[22] M.J. Patil, D.H. Hodges, C.E. Cesnik, Limit-cycle oscillations in high-aspect-ratio wings, Journal of fluids and structures, 15(1) (2001) 107-132.
22
[23] E.L. Brown, Integrated strain actuation in aircraft with highly flexible composite wings, Massachusetts Institute of Technology, 2003.
23
ORIGINAL_ARTICLE
طراحی سریع و بهینه پرنده داکتفن عمودپرواز دمنشین با استفاده از شبکه عصبی و الگوریتم ازدحام ذرات
با توجه به عملکرد بهینه و کاربردهای نوین داکتفنها بهویژه در مأموریتهای پهپادی، هدف این مقاله ارائه روشی بهینه و سریع برای طراحی این پرندهها بر اساس ابزارهای نوین ریاضی و تحلیلی است که در سالهای اخیر موجب بهبود و تسریع بسیاری از فرایندهای زمانبر مهندسی شده است. در این روش طراحی جدید که تمرکز آن بر افزایش سرعت طراحی است، ابتدا با استفاده از روش تئوری مومنتوم، طراحی اولیهای انجام میگیرد و اولین تقریب برای ابعاد مقاطع مختلف داکتفن مانند قطر دهانه ورودی و خروجی، توان و نیروی رانش مشخص میشود. سپس با استفاده از اتصال نرمافزار MATLAB و یک نرمافزار طراحی داکتفن با عنوان کد طراحی داکتفن (DFDC)، با استفاده از ایرفویلهای مختلف، چندین طرح بهینه برای داکتفن، با استفاده از الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات و بهینهسازی مستقیم استخراج میشود. دامنه جستجوی فضای بهینهسازی در این الگوریتم، از طراحی اولیه با روش تئوری مومنتوم و خروجیهای متعدد مشاهده شده از نرمافزار DFDC به دست میآید. در گام آخر یک شبکه عصبی پرسپترون چندلایه به وسیله الگوریتم پس انتشار خطا بر طبق اطلاعات بهدستآمده از بهینهسازیها آموزش میبیند. این شبکه عصبی با استفاده از چندین نمونه ایرفویل مختلف آموزش داده و سپس صحت سنجی میشود. بر اساس دقت مورد نیاز تعداد نمونه کافی برای آموزش نیز استخراج میگردد. شبکه به دست آمده برای طراحی سریع و بهینه یک پرنده جدید قابل استفاده خواهد بود.
https://mej.aut.ac.ir/article_3656_3e4cf58e4733c4574e967b17bbad1bd5.pdf
2019-10-26
3353
3368
10.22060/mej.2019.16388.6352
طراحی بهینه
داکتفن
ازدحام ذرات
شبکه عصبی
پس انتشار خطا
محمد
نوابی
m_navabi@sbu.ac.ir
1
دانشگاه شهید بهشتی
LEAD_AUTHOR
شهرام
حسینی
hosseinishahram40@gmail.com
2
دانشگاه شهید بهشتی
AUTHOR
هادی
شانه ای
afm89.stud@gmail.com
3
دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجهنصیرالدین طوسی
AUTHOR
R. Mogili, B.B.V.L. Deepak, Review on application of drone systems in precision agriculture, Procedia computer science, 133 (2018) 502-509.
1
S. Saeed, A.B. Younes, S. Islam, J. Dias, L. Seneviratne, G. Cai, A review on the platform design, dynamic modeling and control of hybrid UAVs, in: International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS) IEEE, 2015, pp. 806-815.
2
Bouabdallah, P. Murrieri, R. Siegwart, Towards autonomous indoor micro VTOL, Autonomous robots, 18(2) (2005) 171-183.
3
F. Nemnem, M.Y. Zakaria, A.M. Elzahaby, Contra- rotating ducted fan aerothermodynamic design procedure for unmanned applications, AIAA Information Systems- AIAA Infotech@ Aerospace, (2018) 0745.
4
Cho, S. Lee, J. Cho, Numerical and experimental analyses of the ducted fan for the small VTOL UAV propulsion, Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, 56(6) (2013) 328-336.
5
RYU, L. CHO, J. CHO, Aerodynamic Analysis of the Ducted Fan for a VTOL UAV in Crosswinds, Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, 59(2) (2016) 47-55.
6
E. Nelson, The Ducted Fan in VTOL Aircraft Design, Journal of the American Helicopter Society, 4(1) (1959).
7
Bogdański, e. al., Design and optimization of low speed ducted fan for a new generation of joined wing aircraft, in: Proceedings of the 29th Congress of International Council of the Aeronautical Sciences, Sankt Petersburg, 2014.
8
Guerrero, e. al., A powered lift aerodynamic analysis for the design of ducted fan uavs, in: 2nd AIAA Unmanned Unlimited Conf. and Workshop & Exhibit, 2003.
9
WEIR, Aerodynamic design considerations for a free-flying ducted propeller, in: 15th Atmospheric Flight Mechanics Conference, 1988, pp. 4377.
10
Shur, M. Strelets, A. Travin, J. Christophe, K. Kucukcoskun, C. Schram, S. Sack, M. Åbom, Experimental/numerical study of ducted-fan noise: effect of duct Inlet shape, AIAA Journal, 56(3) (2017) 979-996.
11
Akturk, C. Camci, Double ducted fan (DDF) as a novel ducted fan inlet lip separation control device, in: International Powered Lift Conference, 2010.
12
Qing, Y. Hu, Y. Wang, Z. Liu, X. Fu, W. Liu, Kriging assisted integrated rotor-duct optimization for ducted fan in hover, in: AIAA Scitech 2019 Forum, 2019, pp. 0007.
13
F.D. Piolenc, E.W. George, Ducted fan design, 1 ed., MASS Flow, 2001.
14
Ko, O. Osgar, P. Gelhausen, Ducted fan UAV modeling and simulation in preliminary design, in: AIAA modeling and simulation technologies conference and exhibit, 2007.
15
Bontempo, M. Manna, Effects of duct cross section camber and thickness on the performance of ducted propulsion systems for aeronautical applications, International Journal of Aerospace Engineering, (2016).
16
M. Pflimlin, P. Binetti, D. Trouchet, P. Soueres, T. Hamel, Aerodynamic modeling and practical attitude stabilization of a ducted fan UAV, in: European Control Conference (ECC) Kos, 2007, pp. 4023-4029.
17
Drela, H. Youngren, Axisymmetric analysis and design of ducted rotors, in: DFDC Software Manual, 2005.
18
Sheng, C. Sun, A near-hover adaptive attitude control strategy of a ducted fan micro aerial vehicle with actuator dynamics, Applied Sciences, 5 (2015).
19
S. Pierson, A.A. Willem, Benchmarking a robust panel code for ducted fan VTOL aircraft design, in: Applied Aerodynamics Conference AIAA, Atlanta, Georgia, 2018.
20
Kennedy, R. E., Particle Swarm Optimization, in: Proceedings of the IEEE International Conference on Neural Networks, Perth, Australia, 1995
21
Mezura-Montes, C.A.C. Coello, Constraint-handling in nature-inspired numerical optimization: past, present and future, Swarm and Evolutionary Comp, 1(4) (2011) 173-194.
22
E.H. Pe, Good parameters for particle swarm optimization, in: Hvass Lab., Copenhagen, Denmark, Tech. Rep. HL1001, 2010.
23
Hecht-Nielsen, Theory of the backpropagation neural network, Academic Press, 1992.
24
Karlik, A.V. Olgac, Performance analysis of various activation functions in generalized MLP architectures of neural networks, International Journal of Artificial Intelligence and Expert Systems, 1(4) (2011) 111-122.
25
A. Suratgar, M.B. Tavakoli, A. Hoseinabadi, Modified Levenberg-Marquardt method for neural networks training, World Acad Sci Eng Technol, 6(1) (2005) 46- 48.
26
ORIGINAL_ARTICLE
طراحی تکهدفه و چندهدفه سیستمهای کنترل بهینه با استفاده از برنامهریزی ژنتیکی و مقایسه آن با حل تحلیلی معادله ریکاتی
بدست آوردن ساختار ریاضی سیگنال کنترلی که بتواند حالتهای سیستم را از حالت ابتدایی به حالت نهایی مطلوب برساند یکی از مهمترین مباحث در حوزه کنترل بهینه سیستمهای مدرن میباشد. بهطور معمول سیگنال کنترلی بهینه با حل یک شاخص تکهدفه که ترکیبی از تلاش کنترلی و شاخصهایی از حالتهای سیستم با استفاده از ضرایب وزنی میباشند، با استفاده از روشهای عددی مانند برنامهریزی دینامیکی و یا از روشهای تحلیلی عددی مانند هامیلتون-جاکوبی-بلمن و یا معادلات ریکاتی بدست میآید. از آنجایی که انتخاب ضرایب وزنی مناسب در روشهای متداول بهینهسازی مستلزم آزمون و خطا میباشد. در این مقاله با استفاده از برنامهریزی ژنتیکی و بدون استفاده از هرگونه روش تحلیلی، ضرایب وزنی حذف و معیارهای بهینگی شامل تلاش کنترلی و خطای مسیر متغیر حالت جداسازی میشوند و درنتیجه مسائل بهینهسازی تکهدفه به چندهدفه ارتقا مییابند. درواقع با استفاده از برنامهریزی ژنتیکی در این مقاله و با کمک پردازش موازی علاوه بر اینکه میتوان به فرم تحلیلی حل معادلات ریکاتی در مسائل تکهدفه بهعنوان سیگنال کنترلی بهینه دست یافت، در بهینهسازی چندهدفه امکان مصالحه توابع هدف با توجه به نمودارهای پارتو بدست آمده، توسط طراح امکانپذیر خواهد بود.
https://mej.aut.ac.ir/article_3601_09d4a76649a8d705ed2f3e2a40a451bb.pdf
2019-09-28
3369
3382
10.22060/mej.2019.16014.6258
کنترل بهینه
برنامهریزی ژنتیکی
بهینهسازی چندهدفه
جبهه پارتویی
شاخص عملکرد خطی درجه دوم
عادل
محمدی
adel_mohammadi_me@gmail.com
1
گروه دینامیک ارتعاشات و کنترل، دانشکده مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران
AUTHOR
نادر
نریمان زاده
nnzadeh@guilan.ac.ir
2
گروه مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران
LEAD_AUTHOR
علی
جمالی
ali.jamali@guilan.ac.ir
3
گیلان*مهندسی مکانیک
AUTHOR
[1] D.P. Bertsekas, Dynamic programming and optimal control, Athena scientific 2005.
1
[2] D. Liberzon, Calculus of Variations and Optimal Control Theory: A Concise Introduction, Princeton University Press, 2011.
2
[3] F. Lewis, D. Vrabie, V. Syrmos, Optimal control, Wiley, Hoboken, NJ, 2012.
3
[4] N. Wiener, Cybernetics, Wiley, New York, NY, (1948).
4
[5] N. Wiener, Extrapolation, Interpolation, and Smoothing of Stationary Time Series, Technology Press, Cambridge, MA, (1949).
5
[6] S. Dreyfus, Richard Bellman on the Birth of Dynamic Programming, Operations Research, 50 No. 1, (2002) 48-51.
6
[7] R.E. Bellman, "On the Theory of Dynamic Programming, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 38 No.8, (1952) 716-719.
7
[8] R.E. Bellman, Dynamic Programming, Sixth Edition, Princeton University Press, New Jersey, (1957).
8
[9] V. G. Boltyanskii, R. V. Gamkrelidze, L.S. Pontryagin, On the theory of optimal processes, Dokl. Akad. Nauk SSSR, 110:7-10, (1956).
9
[10] L. S. Pontryagin, V. G. Boltyanskii, R. V. Gamkrelidze, E.F. Mishchenko, The Mathematical Theory of Optimal Processes, Wiley-Interscience, New York, NY, (1962).
10
[11] R.E. Kalman, A new approach to linear filtering in prediction problems, ASME Journal of Basic Engineering, 82:34-45, (1960).
11
[12] R.E. Kalman, Contributions to the theory of optimal control, Bol. Soc. Mat. Mexicana, 5(2) (1960) 102-119.
12
[13] R.E. Kalman, R.S. Bucy, New results in linear filtering and prediction theory, Transactions ASME J. Basic Eng., 83:95-107, (1961).
13
[14] S. Bittanti, A.J. Laub, J.C. Willems, The Riccati Equation, Springer-Verlag, New York, NY, (1991).
14
[15] C.-H. Hsiao, W.-J. Wang, Optimal control of linear time-varying systems via Haar wavelets, Journal of optimization theory and applications, 103(3) (1999) 641- 655.
15
[16] S. Radhoush, M. Samavat, M.A. Vali, Optimal control of linear time-varying systems using the Chebyshev wavelets (a comparative approach), Systems Science & Control Engineering: An Open Access Journal, 2(1) (2014) 691-698.
16
[17] C.A. Coello, G.B. Lamont, V. Veldhuizen, Evolutionary algorithms for solving multi-objective problems, Springer, (second edition) (2007).
17
[18] R. Sun, Q. Hong, G. Zhu, A novel optimal control method for impulsive-correction projectile based on particle swarm optimization, Discrete Dynamics in Nature and Society, 2016 (2016).
18
[19] K.-F. Man, K.-S. Tang, S. Kwong, Genetic algorithms: concepts and designs, Springer Science & Business Media, 2012.
19
[20] J.R. Koza, F.H. Bennett, D. Andre, M.A. Keane, F. Dunlap, Automated synthesis of analog electrical circuits by means of genetic programming, IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 1(2) (1997) 109-128.
20
[21] H. Assimi, A. Jamali, N. Nariman-Zadeh, Sizing and topology optimization of truss structures using genetic programming, Swarm and Evolutionary Computation, 37 (2017) 90-103.
21
[22] R. A. Maher, M.J. Mohamed, An Enhanced Genetic Programming Algorithm for Optimal Controller Design Intelligent Control and Automation, 9 (2013) 94-101.
22
[23] A. Jamali, E. Khaleghi, I. Gholaminezhad, N. Nariman[1]zadeh, Modelling and prediction of complex non-linear processes by using Pareto multi-objective genetic programming, International Journal of Systems Science, 47(7) (2016) 1675-1688.
23
[24] I. Gholaminezhad, A. Jamali, H. Assimi, Automated synthesis of optimal controller using multi-objective genetic programming for two-mass-spring system, in: Robotics and Mechatronics (ICRoM), 2014 Second RSI/ ISM International Conference on, 2014, pp. 041-046.
24
[25] W. Kim, S.W. Jeon, Y. Kim, Model-based multi[1]objective optimal control of a VRF (variable refrigerant flow) combined system with DOAS (dedicated outdoor air system) using genetic algorithm under heating conditions, Energy, 107 (2016) 196-204.
25
[26] Y.H. Sardahi, Multi-objective optimal design of control systems, UC Merced, 2016.
26
[27] J.R. Koza, Genetic Programming II Videotape: The Next Generation, MIT Press Cambridge, MA, 1994.
27
[28] D.E. Kirk, Optimal Control Theory, United Kingdom, in, Dover Publications,2004.
28
ORIGINAL_ARTICLE
بهینه سازی همزمان منحنی محدب کف پا و سیکل راه رفتن در یک راه رونده دو پا با مچ بدون درجه آزادی اضافه
هندسه ناحیه تماس اندام حرکتی تحتانی با زمین اهمیت قابل توجهی در مشخصههای سیکل راهرفتن دارد. در پژوهش حاضر، طراحی و تحلیل منحنی محدب کف پا در سیکل راه رفتن با هدف دستیابی به کمینه انرژی مصرفی در راهرفتن روی سطح افقی صورت گرفته است. به این منظور، مدل معروف جرم متمرکز با نقطه تماس ثابت به مدلی با نقطه تماس متحرک بر روی یک منحنی به نام منحنی کف پا و بدون درجه آزادی اضافه توسعه یافته است. با توجه به متأثر بودن سیکل راهرفتن بهینه از هندسه مدل، افزودن منحنی کف پا بازسازی سیکل راه رفتن را الزام میکند. در نتیجه در این پژوهش، بهینهسازی همزمان برای یافتن ترکیب بهینه منحنی محدب کف پا و سیکل راه رفتن انجام شده است. برای اجتناب از هزینه محاسباتی بسیار بزرگ برای حل عددی، متغیر طراحی از توابع پیوسته به برداری با بعد محدود کد شده و در دو حلقه تو در تو با روشهای ازدحام ذرات و تندترین کاهش حل شده است. قیود سینماتیک و الزامات مربوط به حرکت تکراری، پیوسته و متقارن استخراج شده و در روند بهینهسازی ارضا شده است. نتایج شبیهسازی نشان داده است که اثر بهینهسازی همزمان هندسه و مسیر در تابع هزینه بسیار چشمگیر است.
https://mej.aut.ac.ir/article_3621_69194b00022cce4378a6f622d8711261.pdf
2019-10-06
3383
3396
10.22060/mej.2019.16121.6282
سیکل راه رفتن
منحنی کف پا
مقدار مصرف انرژی
بهینهسازی
فاطمه
غفوری
f.ghafouri@yahoo.com
1
آزمایشگاه بیومکانیک و سیستمهای حرکتی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد
AUTHOR
محمد هادی
هنرور
hadihonavar@yazd.ac.ir
2
هیأت علمی/ دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد
LEAD_AUTHOR
محمد مهدی
جلیلی بهابادی
jalili@yazd.ac.ir
3
هیات علمی / دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد
AUTHOR
[1] J.R. C. Pongmala, C. Price, R. Baker, Is Foot Contact a Collision?, Proceedings of Gait & Clinical Movement Analysis Society 2015 Annual Conference, (2015).
1
[2] M. Srinivasan, A. Ruina, Computer optimization of a minimal biped model discovers walking and running, Nature, 439(7072) (2006) 72.
2
[3] M. Wisse, D.G. Hobbelen, R.J. Rotteveel, S.O. Anderson, G.J. Zeglin, Ankle springs instead of arc-shaped feet for passive dynamic walkers, in: Humanoid Robots, 2006 6th IEEE-RAS International Conference on, IEEE, 2006, pp. 110-116.
3
[4] L. Humphrey, H. Hemami, A computational human model for H[SORULQJ the role of the feet in balance, Journal of biomechanics, 43(16) (2010) 3199-3206.
4
[5] S. Aoi, Y. Sato, K. Tsuchiya, Arc feet effects on stability based on a simple oscillator-driven walking model, Journal of Robotics and Mechatronics, 20(5) (2008) 709.
5
[6] K. Hyodo, T. Oshimura, S. Mikami, S.j. Suzuki, Stabilizing passive dynamic walk under wide range of environments by constraint mechanism fitted to sole of foot, Journal of Robotics and Mechatronics, 21(3) (2009) 403.
6
[7] S. Sadati, M. Borgheinejad, H. Fooladi, M. Naraghi, A. Ohadi, Optimum Design, Manufacturing and ([SHULPHQW of a Passive Walking Biped: Effects of Structural Parameters on Efficiency, Stability and Robustness on Uneven Trains, in: Applied Mechanics and Materials, Trans Tech Publ, 2013, pp. 107-111.
7
[8] P. Mahmoodi, R.S. Ransing, M.I. Friswell, Modelling the effect of ‘heel to toe’ roll-over contact on the walking dynamics of passive biped robots, Applied Mathematical Modelling, 37(12-13) (2013) 7352-7373.
8
[9] F. Asano, Z.-W. Luo, The effect of semicircular feet on energy dissipation by heel-strike in dynamic biped locomotion, in: Robotics and Automation, 2007 IEEE International Conference on, IEEE, 2007, pp. 3976-3981.
9
[10] P.G. Adamczyk, S.H. Collins, A.D. Kuo, The advantages of a rolling foot in human walking, J ([S Biol, 209(Pt 20) (2006) 3953-3963. [11] M. Kwan, M. Hubbard, Optimal foot shape for a passive dynamic biped, J Theor Biol, 248(2) (2007) 331-339.
10
[12] J. Li, Y. Tian, X. Huang, H. Chen, Foot shape for passive dynamic kneed biped robot, in: Robotics and Biomimetics (ROBIO), 2010 IEEE International Conference on, IEEE, 2010, pp. 1281-1286.
11
[13] M.H. F. Ghafouri, M. Jalili, Mechanical and energetic consequences of FRQYH[-curved sole in human walking with different patterns, ICROM International Conference (2017).
12
[14] S. Fallah, N. Keshavarzi, M.H. Honarvar, Joint torques in biped gait following changes in leg length, in: 2016 4th International Conference on Robotics and Mechatronics (ICROM), IEEE, 2016, pp. 554-559.
13
[15] M.H. N. Shojaei, Kinemtacs, Kinetics, and Numerical Simulation of Walking with a 1-DoF Dynamic Boot with Passive Controller and Arbitrary Contact Surface, Biomedical Engineering Conference (2016).
14
[16] J.M. Donelan, R. Kram, A.D. Kuo, Mechanical work for step-to-step transitions is a major determinant of the metabolic cost of human walking, Journal of ([SHULPHQWDO Biology, 205(23) (2002) 3717-3727.
15
[17] J.M. Donelan, R. Kram, A.D. Kuo, Simultaneous positive and negative H[WHUQDO mechanical work in human walking, Journal of biomechanics, 35(1) (2002) 117-124.
16
[18] P. Channon, S. Hopkins, D. Pham simulation and optimization of gait for a bipedal robot, Mathematical and Computer Modelling, 14 (1990) 463-467.
17
[19] P. Channon, S. Hopkins, D. Pham, A variational approach to the optimization of gait for a bipedal robot, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 210(2) (1996) 177-186.
18
[20] L. Roussel, C. Canudas-de-Wit, A. Goswami, Generation of energy optimal complete gait cycles for biped robots, in: Robotics and Automation, 1998. Proceedings. 1998 IEEE International Conference on, IEEE, 1998, pp. 2036-2041.
19
[21] C. Chevallereau, Y. Aoustin, Optimal reference trajectories for walking and running of a biped robot, Robotica, 19(05) (2001).
20
[22] G. Capi, S.-i. Kaneko, K. Mitobe, L. Barolli, Y. Nasu, Optimal trajectory generation for a prismatic joint biped robot using genetic algorithms, Robotics and autonomous systems, 38(2) (2002) 119-128.
21
[23] S.H. Collins, Dynamic Walking Principles Applied to Human Gait, (2008).
22
[24] N.T. Phuong, T.D. Huy, N.C. Cuong, H.D. Loc, A simple walking control method for biped robot with stable gait, Journal of Computer Science and Cybernetics, 29(2) (2013) 105-115.
23
[25] A.D. Kuo, J.M. Donelan, A. Ruina, Energetic consequences of walking like an inverted pendulum: step-to-step transitions, ([HUFLVH and sport sciences reviews, 33(2) (2005) 88-97.
24
[26] T. McGeer, Passive walking with knees, in: Proceedings., IEEE International Conference on Robotics and Automation, IEEE, 1990, pp. 1640-1645.
25
[27] P.G. Adamczyk, A.D. Kuo, Mechanical and energetic consequences of rolling foot shape in human walking, J ([S Biol, 216(Pt 14) (2013) 2722-2731.
26
[28] O. Darici, H. Temeltas, A.D. Kuo, Optimal regulation of bipedal walking speed despite an XQH[SHFWHG bump in the road, PLoS One, 13(9) (2018) e0204205.
27
[29] P.G. Adamczyk, A.D. Kuo, Redirection of center-of[1]mass velocity during the step-to-step transition of human walking, J ([S Biol, 212(Pt 16) (2009) 2668-2678.
28
[30] B.R. Whittington, D.G. Thelen, A simple mass-spring model with roller feet can induce the ground reactions observed in human walking, J Biomech Eng, 131(1) (2009) 011013.
29
[31] W. Zijlstra, A.L. Hof, Displacement of the pelvis during human walking: H[SHULPHQWDO data and model predictions, Gait & posture, 6(3) (1997)249-262.
30
ORIGINAL_ARTICLE
تحلیل سینماتیک و فضای کاری یک مفصل فعال نوین با بهره گیری از مکانیزم موازی کابلی
در این مقاله ساختار یک مکانیزم مفصل فعال نوین شش درجه آزادی با بهره گیری از مکانیزم های موازی کابلی طراحی، تحلیل و ارائه می شود. این مفصل از دو قاب ثابت و متحرک تشکیل شده است و برخلاف تمامی مکانیزم های موازی کابلی رایج، در اینجا برای اولین بار، قاب بیرونی متحرک و قاب داخلی ثابت در نظر گرفته شده است. قاب متحرک توسط 8 کابل تحت کشش به قاب ثابت متصل شده است و با تغییر نیروی کششی و طول کابل ها حرکت می کند. این ساختار کاملا جدید امکان بکارگیری در مکانیزم مچ، بالانس های نیرو، رابط های هاپتیک و غیره فراهم می سازد. از آنجا که مکانیزم موازی یک سیستم حلقه بسته است و معادلات آن نسبت به متغیرهای فضای دکارتی قابل جداسازی نیستند، سینماتیک مستقیم آن به راحتی و به صورت تحلیلی قابل حل نیست. برای حل سینماتیک مستقیم مکانیزم های موازی تاکنون روش های متعددی از جمله روشهای بهینهسازی و عددی ارائه شده است که در اینجا روش عددی نیوتن رافسون بکار گرفته شده است. به علت خاصیت ذاتی، کابل ها باید همواره تحت کشش قرار داشته باشند. برای این منظور یک الگوریتم بهینه سازی مقدار کشش، ارائه شده است و با حل این الگوریتم برای تمامی موقعیت های ممکن قاب متحرک، فضای کاری مکانیزم بدست آمده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد روش نیوتن رافسون دارای سرعت همگرایی مناسبی بوده و الگوریتم کشش به خوبی قادر است نیروهای کابل ها را در بازه دلخواه تعیین کند.
https://mej.aut.ac.ir/article_3628_72a4242e2b19fd583f40d0964ca2e16e.pdf
2019-10-10
3397
3410
10.22060/mej.2019.16308.6332
مفصل فعال
مکانیزم موازی کابلی
سینماتیک مستقیم و معکوس
روش نیوتن-رافسون
توزیع کشش
محمد حسین
قدیری
ghadirimh@gmail.com
1
گروه مکانیک، واحد پرند، دانشگاه آزاد اسلامی، پرند، ایران
AUTHOR
رامبد
رستگاری
r.rastegari@rkiau.ac.ir
2
گروه مکانیک، , واحد پرند، دانشگاه آزاد اسلامی، پرند، ایران
LEAD_AUTHOR
[1] S. Masood Dehghan Banadaki, Modelling and control of cable-driven robots, SCHOOL OF MECHANICAL & AEROSPACE ENGINEERING NANYANG TECHNOLOGICAL UNIVERSITY 2007, pp. 13-16.
1
[2] S.E. Landsberger, T.B. Sheridan, A minimal, minimal linkage: the tension-compression parallel link manipulator, in: Robotics, mechatronics and manufacturing systems, Elsevier, 1993, pp. 81-88.
2
[3] D. Stewart, A platform with six degrees of freedom, Proceedings of the institution of mechanical engineers, 180(1) (1965) 371-386.
3
[4] C. Ferraresi, M. Paoloni, F. Pescarmona, A new methodology for the determination of the workspace of six-DOF redundant parallel structures actuated by nine wires, Robotica, 25(1) (2006) 113-120.
4
[5] R. L. Williams, J. S. Albus, R. Bostelman, Cable-Based Metrology System for Sculpting Assistance, 2003.
5
[6] G. Liwen, X. Huayang, L. Zhihua, Kinematic analysis of cable-driven parallel mechanisms based on minimum potential energy principle, Advances in Mechanical Engineering, 7(12) (2015) 1-11.
6
[7] B. Gao, H. Song, J. Zhao, S. Guo, L. Sun, Y. Tang, Inverse kinematics and workspace analysis of a cable[1]driven parallel robot with a spring spine, Mechanism and Machine Theory, 76 (2014) 56-69.
7
[8] W. Wang, X. Tang, Z. Shao, Study on Energy Consumption and Cable Force Optimization of Cable-Driven Parallel Mechanism in Automated Storage/Retrieval System, in: 2015 Second International Conference on Soft Computing and Machine Intelligence (ISCMI), IEEE, 2015, pp. 144-15.
8
[9] R. Verhoeven, Analysis of the workspace of tendon[1]based Stewart platforms, Universität Duisburg-Essen, Fakultät für Ingenieurwissenschaften» Maschinenbau und Verfahrenstechnik, 2004.
9
[10] C. Gosselin, M. Grenier, On the determination of the force distribution in overconstrained cable-driven parallel mechanisms, Meccanica, 46(1) (2011) 3-15. [11] A. Pott, T. Bruckmann, L. Mikelsons, Closed-form force distribution for parallel wire robots, in: Computational Kinematics, Springer, 2009, pp. 25-34.
10
[12] P.H. Borgstrom, B.L. Jordan, G.S. Sukhatme, M.A. Batalin, W.J. Kaiser, Rapid computation of optimally safe tension distributions for parallel cable-driven robots, IEEE Transactions on Robotics, 25(6) (2009) 1271-1281.
11
[13] B. Ouyang, W. Shang, Rapid optimization of tension distribution for cable-driven parallel manipulators with redundant cables, Chinese Journal of Mechanical Engineering, 29(2) (2016)231-238.
12
ORIGINAL_ARTICLE
طراحی قانون هدایت مقاوم سهبعدی با رویکرد برنامهریزی پویای تطبیقی و درنظرگرفتن اشباع ورودی
در این مقاله، قانون هدایت مقاوم در فضاى سه بعدى براى هدایت رهگیر زمین به هوا با درنظرگرفتن محدودیت اشباع در ورودى هاى سیستم به همراه دینامیک مرتبۀ اول براى سیستم خودخلبان به منظور ارتقاء عملکرد سیستم هاى تدافعى ارائه مى شود. براى دست یابى به این هدف، ابتدا مسئلۀ موردمطالعه در دستگاه مختصات سه بعدى کروى مدل سازى شده و پساز آن با استفاده از اصول هندسۀ درگیرى براى دست یابى به برخورد رهگیر و هدف، تابع هزینۀ مناسب با درنظرگرفتن محدودیت ورودى و عدم اطلاع از شتاب هدف، فرمول بندى مى شود. پس از آن نشان داده مى شود که حل مسئلۀ موردنظر با استفاده از ادبیات طراحى کنترل مقاوم، نیازمند حل نامساوى معادلۀ دیفرانسیلى همیلتون ـ ژاکوبى ـ ایزاک است که براى مسئلۀ موردمطالعه جواب بسته ندارد. ازاین رو براى غلبه بر این مشکل، با استفاده از نظریۀ برنامه ریزى پویاى تطبیقى، یک الگوریتم حل مسئله براى طراحى قانون هدایت مقاوم پیشنهاد مى شود که از ویژگى هاى آن، ساده شدن حل نامساوى دیفرانسیلى به همراه تضمین عملکرد مقاوم کنترل کننده در مقابل شتاب هدف است. شبیه سازى هاى انجام شده براى اهداف با قدرت مانورهاى مختلف و مقایسۀ عملکرد قانون پیشنهادى با روش مرسوم هدایت تناسبى افزوده شده، نشان دهندة کارایى مناسب قانون هدایت مقاوم سه بعدى طراحى شده است.
https://mej.aut.ac.ir/article_3634_58a0a7829e3c14c6a3dbb8913ba44435.pdf
2019-10-14
3411
3424
10.22060/mej.2019.16834.6451
قانون هدایت
رهگیر
کنترل مقاوم
برنامهریزی پویای تطبیقی
سعید
خان کلانتری
saidkhankalantary@gmail.com
1
دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه صنعتی اصفهان
AUTHOR
ایمان
ایزدی
iman.izadi@cc.iut.ac.ir
2
دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی اصفهان
LEAD_AUTHOR
فرید
شیخ الاسلام
sheikh@cc.iut.ac.ir
3
صنعتی اصفهان
AUTHOR
[1] A.E. Bryson, Applied optimal control: optimization, estimation and control, Routledge, 2018.
1
[2] R. Yanushevsky, W. Boord, New approach to guidance law design, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 28(1) (2005) 162-166.
2
[3] Y. Shtessel, C. Edwards, L. Fridman, A. Levant, Sliding mode control and observation, Springer, 2014.
3
[4] Y.B. Shtessel, I.A. Shkolnikov, A. Levant, Guidance and control of missile interceptor using second-order sliding modes, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 45(1) (2009) 110-124.
4
[5] S. Phadke, S.E. Talole, Sliding mode and inertial delay control based missile guidance, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 48(4) (2012) 33313346.
5
[6] G.L. Li, H. Yan, H.-B. Ji, A guidance law with finite time convergence considering autopilot dynamics and uncertainties, International Journal of Control, Automation and Systems, 12(5) (2014) 1011-1017.
6
[7] Z. Zhang, S. Li, S. Luo, Terminal guidance laws of missile based on ISMC and NDOB with impact angle constraint, Aerospace Science and Technology, 31(1) (2013) 30-41.
7
[8] J. Song, S. Song, Three-dimensional guidance law based on adaptive integral sliding mode control, Chinese Journal of Aeronautics, 29(1) (2016) 202-214.
8
[9] V. Rajasekhar, A. Sreenatha, Fuzzy logic implementation of proportional navigation guidance, Acta Astronautica, 46(1) (2000) 17-24.
9
[10] B.S. Chen, Y.Y. Chen, C.-L. Lin, Nonlinear fuzzy H guidance law with saturation of actuators against maneuvering targets, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 10(6) (2002) 769-779.
10
[11] C.D. Yang, H.Y. Chen, Nonlinear H robust guidance law for homing missiles, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 21(6) (1998) 882-890.
11
[12] A.V. Savkin, P.N. Pathirana, F.A. Faruqi, Problem of precision missile guidance: LQR and H control frameworks, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 39(3) (2003) 901-910.
12
[13] C.S. Shieh, Tunable H robust guidance law for homing missiles, IEE Proceedings-Control Theory and Applications, 151(1) (2004) 103-107.
13
[14] C.D. Yang, H.Y. Chen, Three-dimensional nonlinear Hguidance law, International Journal of Robust and Nonlinear Control: IFAC-Affiliated Journal, 11(2) (2001) .921-901
14
[15] J. Sun, C. Liu, Finite-horizon differential games for missile–target interception system using adaptive dynamic programming with input constraints, International Journal of Systems Science, 49(2) (2018) 264-283.
15
[16] J. Sun, C. Liu, Q. Ye, Robust differential game guidance laws design for uncertain interceptor-target engagement via adaptive dynamic programming, International Journal of Control, 90(5) (2017) 990-1004.
16
[17] F.P. Adler, Missile guidance by three-dimensional proportional navigation, Journal of Applied Physics, 27(5) (1956) 500-507.
17
[18] M. Abu-Khalaf, F.L. Lewis, Nearly optimal control laws for nonlinear systems with saturating actuators using a neural network HJB approach, Automatica, 41(5) (2005) 779-791.
18
[19] T.M. Apostol, Mathematical analysis, Addison-Wesley Reading, 1964.
19
[20] M. Abu-Khalaf, F.L. Lewis, J. Huang, Policy iterations on the Hamilton–Jacobi–Isaacs equation for H state feedback control with input saturation, IEEE Transactions on Automatic Control, 51(12) (2006) 1989-1995.
20
[21] M. Abu-Khalaf, F.L. Lewis, J. Huang, Neurodynamic programming and zero-sum games for constrained control systems, IEEE Transactions on Neural Networks, 19(7) (2008) 1243-1252.
21
[22] C.F. Lin, Modern navigation, guidance, and control processing, Prentice Hall Englewood Cliffs, NJ, 1991.
22
ORIGINAL_ARTICLE
کاهش بهینه ارتعاشات سیستم شفت-دیسک-پره انعطاف پذیر با استفاده از مجموعه چاه های غیرخطی انرژی روی دیسک
در این مقاله کاربرد چاه غیرخطی انرژى در کاهش غیرمستقیم ارتعاشات پرههاى سیستم شفت-دیسک-پره انعطافپذیر نمونه توربین بخارى واقعی با نصب روى دیسک بررسی می شود. ٧٣ مجموعه هفت عددى پره متصل به هم در شراد به دور دیسک نصب شدهاند. از تحلیل المان محدود مدل متقارن چرخهاى شفت-دیسک-پره براى استخراج مدهاى طبیعی و نمودار فرکانسی استفاده می شود. مدل چرخهاى شامل یک مجموعه هفت پرهاى و برشی از دیسک-شفت است. براى دومین مد فرکانسی ترکیبی که مد خمشی دوم شفت و سوم دیسک-پره است، مدل کاهش مرتبه ٢ درجه آزادى با قابلیت مدلسازى نرمشوندگی فرکانسی سیستم شناسایی می شود. چاه غیرخطی انرژى که شامل یک جرم کوچک، فنر الزاماً غیرخطی و میرایی خطی است روى این مدل در محل جرم مودال دیسک-شفت نصب می شود. براى حل معادلات غیرخطی سیستم از حل عددى به روش رانگ-کوتا استفاده و پارامترهاى ضریب سفتی و میرایی براى حداقل سازى دامنه ارتعاش پره بهینه میگردد. نتایج تحلیل، وقوع پاسخ مدوله قوى در بازهاى حول رزونانس و کاهش مطلوب دامنه ارتعاش پره را نشان میدهد. سیستم به سفتی غیرخطی حساس است و در ضریب سفتی بزرگ و یا میراییهاى کوچک، انشعابی زین اسبی در نزدیک رزونانس ایجاد و امکان پاسخ نوسانی ساده دامنه بزرگ وجود خواهد داشت.
https://mej.aut.ac.ir/article_3639_c6dad0a8861774cbab0227d90f339e6f.pdf
2019-10-16
3425
3444
10.22060/mej.2019.16274.6319
شفت-دیسک-پره انعطافپذیر
چاه غیرخطی انرژی
تقارن چرخهای
نمودار فرکانسی
پاسخ مدوله قوی
جعفر
آقایاری
j_aghayari@sbu.ac.ir
1
دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
AUTHOR
پدرام
صفرپور
p_safarpour@sbu.ac.ir
2
گروه طراحی کاربردی دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی دانشگاه شهید بهشتی
LEAD_AUTHOR
عباس
رهی
a_rahi@sbu.ac.ir
3
استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
AUTHOR
سعید
باب
sbab@nri.ac.ir
4
استادیار، گروه تجهیزات دوار مکانیکی، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران
AUTHOR
[1] G. Óttarsson, Dynamic modeling and vibration analysis of mistuned bladed disks. (١٩٩٤).
1
[2] D. J. Mead, Wave propagation and natural modes in periodic systems: I. Mono-coupled systems. Journal of Sound and Vibration,40(1) (1975) 1-18.
2
[3] B. J. Olson, S. W. Shaw, & C. Pierre, Order-tuned vibration absorbers for a rotating flexible structure with cyclic symmetry. Proceedings of the ASME International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference-DETC2005 (1) (2005) 2475-2484.
3
[4] G. Genta, Dynamics of rotating systems , Springer Science & Business Media, 2007.
4
[5] B. Zhou, F. Thouverez, & D. Lenoir, Vibration reduction of mistuned bladed disks by passive piezoelectric shunt damping techniques. AIAA journal, (2014).
5
[6] S. Gozen, B. J. Olson, S. W. Shaw, & C. Pierre, Resonance suppression in multi-degree-of-freedom rotating flexible structures using order-tuned absorbers. Journal of Vibration and Acoustics, 134(6) (2012) 61016.
6
[7] B. Bergeot, S. Bellizzi, & B. Cochelin, Analysis of steady-state response regimes of a helicopter ground resonance model including a non-linear energy sink attachment. International Journal of Non-Linear Mechanics, 78 (2016) 72–89.
7
[8] B. Zhou, F. Thouverez, & D. Lenoir, Essentially nonlinear piezoelectric shunt circuits applied to mistuned bladed disks. Journal of Sound and Vibration, 333 (9) (2014) 2520–2542.
8
[9] M. Singh, SAFE Diagram-A Dresser-Rand Evaluation Tool For Packeted Bladed Disc Assembly. Technology Report Dresser-Rand Company, TP025, (1984).
9
[10] V. Kharyton, C. Gibert, L. Blanc, & F. Thouverez,Elements of Dynamic Characterization of a Bladed Disk by Using the Tip-Timing Method Under Vacuum Conditions. ASME 2011 Turbo Expo: Turbine Technical Conference and Exposition, (2011) 1127–1135.
10
[11] P. Polach, Evaluation of the suitability of the bladeddisk design regarding the danger of the resonant vibration excitation. Engineering Mechanics, 18(3–4) (2011) 181–191.
11
[12] A. P. I. Std, ٦١٢ Special Purpose Steam Turbines for Petroleum. Chemical and Gas Industry Services, (n.d.).
12
[13] Y.-J. Chiu, X.-Y. Li, Y.-C. Chen, S.-R. Jian, C.H. Yang, & I.-H. Lin, Three methods for studying coupled vibration in a multi flexible disk rotor system. Journal of Mechanical Science and Technology, 31 (11) (2017) 5219–5229.
13
[14] S. Bab, S. E. Khadem, & M. Shahgholi, Lateralvibration attenuation of a rotor under mass eccentricity force using non-linear energy sink. International Journal of Non-Linear Mechanics, 67(2014) 251–266.
14
[15] B. Bergeot, S. Bellizzi, & B. Cochelin, Passivesuppression of helicopter ground resonance using nonlinear energy sinks attached on the helicopter blades. Journal of Sound and Vibration, 392 (2017)41-55.
15
[16] B. Mokrani & A. Preumont, A numerical and experimental investigation on passive piezoelectric shunt damping of mistuned blisks. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, (2017) 1045389X17721023..
16
[17] S. M. Schwarzendahl, J. Szwedowicz, M. Neubauer, L. Panning, & J. Wallaschek, On blade damping technology using passive piezoelectric dampers. ASME Turbo Expo 2012: Turbine Technical Conference and Exposition, (2012) 1205–1215.
17
[18] A. S. Alsuwaiyan & S. W. Shaw, Performance and dynamic stability of general-path centrifugal pendulum vibration absorbers. Journal of Sound and Vibration, 252 (5) (2002) 791–815.
18
[19] O. V. Gendelman, Transition of energy to a nonlinear localized mode in a highly asymmetric system of two oscillators. Nonlinear Dyn. , Springer, 2001,pp. 237–253.
19
[20] O. Gendelman, L. I. Manevitch, A. F. Vakakis, & R. M’closkey, Energy pumping in nonlinear mechanical oscillators: Part I-Dynamics of the underlying Hamiltonian systems. Journal of Applied Mechanics, 68 (1) (2001) 34–41.
20
[21] O. V Gendelman, G. Sigalov, L. I. Manevitch, M. Mane, A. F. Vakakis, & L. A. Bergman, Dynamics of an eccentric rotational nonlinear energy sink. Journal of applied mechanics, 79 (1) (2012) 11012..
21
[22] Y. S. Lee, F. Nucera, A. F. Vakakis, D. M. McFarland, & L. A. Bergman, Periodic orbits, damped transitions and targeted energy transfers in oscillators with vibro-impact attachments. Physica D: Nonlinear Phenomena,238 (18) (2009) 1868-1896.
22
[23] S. Bab, S. E. Khadem, M. K. Mahdiabadi, & M. Shahgholi, Vibration mitigation of a rotating beam under external periodic force using a nonlinear energy sink (NES). Journal of Vibration and Control, 23 (6) (2017) 1001–1025.
23
[24] E. Gourdon, N. A. Alexander, C. A. Taylor, C.-H. Lamarque, & S. Pernot, Nonlinear energy pumping under transient forcing with strongly nonlinear coupling: Theoretical and experimental results. Journal of sound and vibration,300 (3) (2007)522–551.
24
[25] A. F. Vakakis, O. V Gendelman, L. A. Bergman,D. M. McFarland, G. Kerschen, & Y. S. Lee, Nonlinear targeted energy transfer in mechanical and structural systems , Springer Science & Business Media, 2008.
25
[26] Z. Lu, Z. Wang, Y. Zhou, & X. Lu, Nonlinear dissipative devices in structural vibration control: A review. Journal of Sound and Vibration, 423(2018) 18–49.
26
[27] S. Bab, S. E. Khadem, M. Shahgholi, & A. Abbasi, Vibration attenuation of a continuous rotor- blisk-journal bearing system employing smooth nonlinear energy sinks. Mechanical Systems and Signal Processing, 84 (2017) 128–157.
27
[28] C. Guo, M. A. AL-Shudeifat, A. F. Vakakis, L. A. Bergman, D. M. McFarland, & J. Yan, Vibration reduction in unbalanced hollow rotor systems with nonlinear energy sinks. Nonlinear Dynamics, 79(1) (2015) 527–538.
28
[29] Y. S. Lee, A. F. Vakakis, L. A. Bergman, D. M.McFarland, & G. Kerschen, Suppressing aeroelastic instability using broadband passive targeted energy transfers, part ١: theory. AIAA journal, 45 (3)(2007) 693.
29
[30] Y. S. Lee, G. Kerschen, D. M. McFarland, W. J.Hill, C. Nichkawde, T. W. Strganac, L. A. Bergman, A. F. Vakakis, L. A. Bergman, D. M. McFarland, & G. Kerschen, Suppressing aeroelastic instability using broadband passive targeted energy transfers, part ٢: experiments. AIAA journal, 45 (10) (2007)2391.
30
[31] H. Guo, Y. Chen, & T. Yang, Limit cycle oscillationsuppression of ٢-DOF airfoil using nonlinear energy sink. Applied Mathematics and Mechanics, 34 (10) (2013) 1277–1290.
31
[32] M. A. AL-Shudeifat, Highly efficient nonlinear energy sink. Nonlinear Dynamics, 76 (4) (2014)1905–1920..
32
[33] ANSYS Inc. Release ١٥.٠, ANSYS Mechanical APDL Element Reference. (2013).
33
[34] A. Muszynska, Rotordynamics , CRC press, 2005.
34
[35] E. I. Rivin, Handbook on stiffness & damping inmechanical design , ASME Press New York, 2010.
35
[36] M. P. Norton & D. G. Karczub, Fundamentalsof noise and vibration analysis for engineers , Cambridge university press, 2003.
36
ORIGINAL_ARTICLE
ارتعاشات آزاد غیرخطی عرضی-پیچشی تیرهای چرخان با در نظر گرفتن نیروی کریولیس
در این مقاله به بررسی ارتعاشات آزاد غیرخطی عرضی-پیچشی تیرهای چرخان پرداخته میشود. معادلات ارائه شده بر مبنای فرمولاسیون دقیق هندسی بوده که بر اساس تئوری کوزرات برای میله ها استخراج گردیده اند. با صرفنظر از اثر تغییرشکل برشی، دو معادله عرضی و پیچشی برای تیرهای مستطیلی متقارن بدست می آید. این معادلات با یکدیگر کوپل بوده و دارای شرط های مرزی غیرهمگن نیز می باشند. با اعمال روش مستقیم مقیاس های چندگانه رابطه ضریب غیرخطی مؤثر در فرکانس های طبیعی غیرخطی استخراج می گردد. سپس با مقایسه نتایج فرکانس غیرخطی با نتایج موجود در مقالات دیگر نتایج حاضر تایید می گردند. پس از آن به بررسی تأثیر سرعت چرخش بر علامت و مقدار ضریب غیرخطی مؤثر در فرکانس های طبیعی پرداخته می شود. علامت ضریب غیرخطی مؤثر نوع نرم شوندگی و سخت شوندگی فرکانس طبیعی غیرخطی را نشان می دهد. مشاهده میگردد که با در نظر نگرفتن کوپل پیچش و خمش ناشی از نیروی کریولیس با وجود آنکه در مودهای فرد حرکت عرضی علامت ضریب غیرخطی مؤثر یکسانی پیش بینی می گردد اما مقدار ضریب غیرخطی مؤثر متفاوت حاصل می شود. از طرف دیگر در مودهای زوج عرضی و در سرعت بالا علاوه بر مقدار ضریب غیرخطی مؤثر، علامت ضریب غیرخطی مؤثر نیز متفاوت پیش بینی می گردد.
https://mej.aut.ac.ir/article_3525_0993f3561f77e70e2f00b7344ed4f4dc.pdf
2019-07-15
3445
3462
10.22060/mej.2019.16013.6251
تیرهای چرخان
فرمولاسیون دقیق هندسی
نیروی کریولیس
ضریب غیرخطی مؤثر
روش مقیاس های چندگانه
هادی
آروین
hadi.arvin@eng.sku.ac.ir
1
عضو هیأت علمی دانشگاه شهرکرد، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی مکانیک
LEAD_AUTHOR
[1] D.H. Hodges, E. Dowell, Nonlinear equations of motion for the elastic bending and torsion of twisted nonuniform rotor blades, NASA TN D-7818, (1974).
1
[2] M.C. Da Silva, D. Hodges, Nonlinear flexure and torsion of rotating beams, with application to helicopter rotor blades-I. Formulation, Vertica, 10(2) (1986) 151-169.
2
[3] M.C. da Silva, D. Hodges, Nonlinear flexure and torsion of rotating beams, with application to helicopter rotor blades-II. Response and stability results, Vertica, 10(2) (1986) 171-186.
3
[4] D.H. Hodges, A mixed variational formulation based on exact intrinsic equations for dynamics of moving beams, International journal of solids and structures, 26(11) (1990) 1253-1273.
4
[5] D.H. Hodges, Comment on 'Flexural behavior of a rotating sandwich tapered beam' and on 'Dynamic analysis for free vibrations of rotating sandwich tapered beams', AIAA journal, 33(6) (1995) 1168-1170.
5
[6] K. Avramov, C. Pierre, N. Shyriaieva, Nonlinear equations of flexural-flexural-torsional oscillations of rotating beams with arbitrary cross-section, International Applied Mechanics, 44(5) (2008) 582-589.
6
[7] J. Valverde, D. García-Vallejo, Stability analysis of a substructured model of the rotating beam, Nonlinear dynamics, 55(4) (2009) 355-372.
7
[8] W. Lacarbonara, H. Arvin, F. Bakhtiari-Nejad, A geometrically exact approach to the overall dynamics of elastic rotating blades—part 1: linear modal properties, Nonlinear Dynamics, 70(1) (2012) 659-675.
8
[9] H. Arvin, W. Lacarbonara, F. Bakhtiari-Nejad, A geometrically exact approach to the overall dynamics of elastic rotating blades—part 2: flapping nonlinear normal modes, Nonlinear Dynamics, 70(3) (2012) 2279-2301.
9
[10] H. Arvin, W. Lacarbonara, A fully nonlinear dynamic formulation for rotating composite beams: nonlinear normal modes in flapping, Composite structures, 109 (2014) 93-105.
10
[11] Ö. Turhan, G. Bulut, On nonlinear vibrations of a rotating beam, Journal of sound and vibration, 322(1-2) (2009) 314-335.
11
[12] H. Arvin, F. Bakhtiari-Nejad, Non-linear modal analysis of a rotating beam, International Journal of Non-Linear Mechanics, 46(6) (2011) 877-897.
12
[13] W. Lacarbonara, Nonlinear structural mechanics: theory, dynamical phenomena and modeling, Springer Science & Business Media, 2013.
13
[14] A.H. Nayfeh, D.T. Mook, Nonlinear oscillations, John Wiley & Sons, 2008.
14
[15] L. Meirovitch, Principles and techniques of vibrations, Prentice Hall New Jersey, 1997.
15
[16] H. Arvin, F. Bakhtiari-Nejad, Nonlinear free vibration analysis of rotating composite Timoshenko beams, Composite Structures, 96 (2013) 29-43.
16
ORIGINAL_ARTICLE
تحلیل ارتعاشات آزاد و اجباری مواد پیزوالکتریک مبتنی بر روش نیمهتحلیلی اجزاء محدود با مرز مقیاس شده
امروزه استفاده از مواد پیزوالکتریک بهعنوان گونهای از مواد هوشمند در صنایع مختلف توسعه چشمگیری داشته است. مدلسازی دقیق رفتار این مواد، نقش مهمی در درک مکانیزم عملکردی و همچنین گسترش روشهای جدید مبتنی بر رفتار وابسته الکتریکی-مکانیکی آنها ایفا میکند. این در حالی است که هزینه بالای محاسباتی روشهای عددی موجود برای شبیهسازی رفتار ارتعاشی مواد پیزوالکتریک، بهخصوص در فرکانسهای بالا، از چالشهای جدی این حوزه محسوب میشود. هدف از این پژوهش استفاده از یک روش نیمهتحلیلی نوین موسوم به روش اجزاء محدود با مرز مقیاسشده بهمنظور تحلیل ارتعاشات آزاد و اجباری وصلههای پیزوالکتریک است. ترکیب اصول حاکم بر دو روش عددی اجزاء محدود و اجزاء مرزی در روش حاضر، امکان تحلیل هرگونه معادله مشتق جزئی را بهصورت نیمهتحلیلی با هزینه محاسباتی بسیار پایینتر نسبت به روش اجزا محدود را فراهم میکند. بهمنظور ارزیابی دقت این روش در مدلسازی مسائل مختلف مانند رفتار ماده پیزوالکتریک در مسائل پایش سلامت و همچنین مکانیک شکست، 4 مسئله موردی شامل ارتعاشات آزاد و اجباری وصله پیزوالکتریک، وصله پیزوالکتریک متصل به سازه آلومینیومی، وصله پیزوالکتریک سوراخدار و وصله پیزوالکتریک ترکخورده مورد تحلیل قرار گرفت. مقایسه نرخ همگرایی روشهای اجزاء محدود با مرز مقیاس شده و اجزاء محدود نشان از دستیابی به نتایج دقیق به ازای تعداد درجات آزادی بسیار کمتر در روش اول دارد. بهعلاوه، تطابق مناسب نتایج حاصل از این دو روش، نشان از قابلیت روش اجزاء محدود با مرز مقیاسشده در مدلسازی انواع مسائل با هزینه محاسباتی بسیار پایین دارد.
https://mej.aut.ac.ir/article_3547_b7c5e4266d6cec4c6059827c5170cbae.pdf
2019-08-13
3463
3484
10.22060/mej.2019.16027.6255
اجزاء محدود با مرز مقیاسشده
نیمهتحلیلی
ارتعاشات
پیزوالکتریک
المان محدود
ناصرالدین
سپهری
naser.sepehry@shahroodut.ac.ir
1
صنعتی شاهرود-مهندسی مکانیک
LEAD_AUTHOR
محمد
احسانی
ehsani68fromtehran@yahoo.com
2
پژوهشکده فناوری نو، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
AUTHOR
مهناز
شمشیرساز
shamshir@aut.ac.ir
3
پژوهشکده فناوری نو، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
AUTHOR
[1] N. Sepehry, M. Shamshirsaz, F. Bakhtiari Nejad, Lowcost simulation using model order reduction in structural health monitoring: Application of balanced proper orthogonal decomposition, Structural Control and Health Monitoring, 24(11) (2017) e1994.
1
[2] N. Sepehry, F. Bakhtiari-Nejad, M. Shamshirsaz, W. Zhu, Nonlinear Modeling of Cracked Beams for Impedance Based Structural Health Monitoring, ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Volume 4B: Dynamics, Vibration, and Control, 2017, pp. V04BT05A034-V04BT05A042
2
[3] N. Sepehry, S. Asadi, M. Shamshirsaz, F. Bakhtiari Nejad, A new model order reduction method based on global kernel k-means clustering: Application in health monitoring of plate using Lamb wave propagation and impedance method, Structural Control and Health Monitoring, 25(9) (2018) e2211.
3
[4] N. Sepehry, F. Bakhtiari-Nejad, M. Shamshirsaz, Discrete singular convolution and spectral finite element method for predicting electromechanical impedance applied on rectangular plates, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 28(18) (2017) 2473-2488.
4
[5] A. Benjeddou, Advances in piezoelectric finite element modeling of adaptive structural elements: a survey, Computers & Structures, 76(1-3) (2000) 347-363.
5
[6] P. Lloyd, M. Redwood, Finite-Difference Method for the Investigation of the Vibrations of Solids and theEvaluation of the Equivalent-Circuit Characteristics of Piezoelectric Resonators. The Journal of the Acoustical Society of America, 39(2) (1966) 346-354.
6
[7] X. Zhao, K.M. Liew, Free vibration analysis of functionally graded conical shell panels by a meshless method, Composite Structures, 93(2) (2011) 649-664.
7
[8] E. Carrera, E. Zappino, G. Li, Analysis of beams with piezo-patches by node-dependent kinematic finite element method models, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 29(7) (2018) 1379-1393.
8
[9] R. Ansari, J. Torabi, E. Hasrati, Axisymmetric nonlinear vibration analysis of sandwich annular plates with FGCNTRC face sheets based on the higher-order shear deformation plate theory, Aerospace Science and Technology, 77 (2018) 306-319.
9
[10] E. Hasrati, R. Ansari, J. Torabi, Nonlinear forced vibration analysis of FG-CNTRC cylindrical shells under thermal loading using a numerical strategy, International Journal of Applied Mechanics, 9(08) (2017) 1750108.
10
[11] E. Hasrati, R. Ansari, J. Torabi, A novel numerical solution strategy for solving nonlinear free and forced vibration problems of cylindrical shells, Applied Mathematical Modelling, 53 (2018) 653-672.
11
[12] J. Torabi, R. Ansari, Nonlinear free vibration analysis of thermally induced FG-CNTRC annular plates: Asymmetric versus axisymmetric study, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 324 (2017) 327-347.
12
[13] C. Song, E.T. Ooi, S. Natarajan, A review of the scaled boundary finite element method for two-dimensional linear elastic fracture mechanics, Engineering Fracture Mechanics, 187 (2018) 45-73.
13
[14] C. Song, J.P. Wolf, The scaled boundary finite-element method—alias consistent infinitesimal finite-element cell method—for elastodynamics, Computer Methods in applied mechanics and engineering, 147(3-4) (1997) 329-355.
14
[15] J.P. Wolf, C. Song, The scaled boundary finite-element method–a primer: derivations, Computers & Structures, 78(1-3) (2000) 191-210.
15
[16] C. Song, J.P. Wolf, The scaled boundary finite-element method–a primer: solution procedures, Computers & Structures, 78(1-3) (2000) 211-225.
16
[17] A.J. Deeks, J.P. Wolf, A virtual work derivation of the scaled boundary finite-element method for elastostatics, Computational Mechanics, 28(6) (2002) 489-504.
17
[18] A. Yaseri, M. Bazyar, N. Hataf, 3D coupled scaled boundary finite-element/finite-element analysis of ground vibrations induced by underground train movement, Computers and Geotechnics, 60 (2014) 1-8.
18
[19] R. Ansari, R. Rajabiehfard, B. Arash, Nonlocal finite element model for vibrations of embedded multi-layered graphene sheets, Computational Materials Science, 49(4) (2010) 831-838.
19
[20] M.H. Bazyar, C. Song, Transient analysis of wave propagation in non-homogeneous elastic unbounded domains by using the scaled boundary finite-element method, Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 35(14) (2006) 1787-1806.
20
[21] H. Gravenkamp, C. Song, J. Prager, A numerical approach for the computation of dispersion relations for plate structures using the scaled boundary finite element method, Journal of Sound and Vibration, 331(11) (2012) 2543-2557.
21
[22] H. Gravenkamp, C. Birk, C. Song, Simulation of elastic guided waves interacting with defects in arbitrarily long structures using the scaled boundary finite element method, Journal of Computational Physics, 295 (2015) 438-455.
22
[23] S. Chidgzey, J. Trevelyan, A. Deeks, Coupling of the boundary element method and the scaled boundary finite element method for computations in fracture mechanics, Computers & Structures, 86(11-12) (2008) 1198-1203.
23
[24] Z. Yang, A. Deeks, H. Hao, Transient dynamic fracture analysis using scaled boundary finite element method: a frequency-domain approach, Engineering Fracture Mechanics 74(5) (2007) 669-687.
24
[25] C. Li, H. Man, C. Song, W. Gao, Fracture analysis of piezoelectric materials using the scaled boundary finite element method, Engineering Fracture Mechanics, 97 (2013) 52-71.
25
[26] H. Man, C. Song, W. Gao, F. Tin-Loi, Semi-analytical analysis for piezoelectric plate using the scaled boundary finite-element method, Computers & Structures,137 (2014) 47-62.
26
[27] C. Li, H. Man, C. Song, W. Gao, Analysis of cracks and notches in piezoelectric composites using scaled boundary finite element method, Composite Structures, 101 (2013) 191-203.
27
[28] M.H. Bazyar, A. Talebi, Scaled boundary finite-element method for solving non-homogeneous anisotropic heat conduction problems, Applied Mathematical Modelling, 39(23-24) (2015) 7583-7599.
28
[29] C. Song, J.P. Wolf, The scaled boundary finite element method—alias consistent infinitesimal finite element cell method—for diffusion, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 45(10) (1999) 1403- 1431.
29
[30] F. Li, P. Ren, A novel solution for heat conduction problems by extending scaled boundary finite element method, International Journal of Heat and Mass Transfer, 95 (2016) 678-688.
30
[31] C. Song, The scaled boundary finite element method in structural dynamics, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 77(8) (2009) 1139-1171.
31
[32] C. Birk, C. Song, An improved non-classical method for the solution of fractional differential equations, Computational Mechanics, 46(5) (2010) 721-734.
32
[33] C. Song, A matrix function solution for the scaled boundary finite-element equation in statics, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 193(23- 26) (2004) 2325-2356.
33
[34] Z. Yang, A. Deeks, Calculation of transient dynamic stress intensity factors at bimaterial interface cracks using a SBFEM-based frequency-domain approach, Science in China Series G: Physics, Mechanics and Astronomy, 51(5) (2008) 519-531.
34
[35] E. Ooi, Z. Yang, Modelling dynamic crack propagation using the scaled boundary finite element method, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 88(4) (2011) 329-349.
35
[36] E.T. Ooi, C. Song, F. TinLoi, Z. Yang, Polygon scaled boundary finite elements for crack propagation modelling, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 91(3) (2012) 319-342.
36
[37] D. Braess, M. Kaltenbacher, Efficient 3D-finite element formulation for thin mechanical and piezoelectric structures, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 73(2) (2007) 147-161.
37
[38] M.C. Ray, K.M. Rao, B. Samanta, Exact analysis of coupled electroelastic behaviour of a piezoelectric plate under cylindrical bending, Computers & Structures, 45(4) (1992) 667-677.
38
[39] T. Kant, S.M. Shiyekar, Cylindrical bending of piezoelectric laminates with a higher order shear and normal deformation theory, Computers & Structures, 86(15-16) (2008) 1594-1603.
39
[40] X.Y. Li, J. Wu, H.J. Ding, W.Q. Chen, 3D analytical solution for a functionally graded transversely isotropic piezoelectric circular plate under tension and bending, International Journal of Engineering Science, 49(7) (2011) 664-676.
40
[41] J.-Y. Chen, H.-J. Ding, W.-Q. Chen, 3D Analytical Solution for a Transversely Isotropic Magnetoelectroelastic Rotating Disc with Functionally Graded Property, in: Piezoelectricity, Acoustic Waves and Device Applications, World Scientific, 2007 pp. 129- 136.
41
[42] N. Sepehry, F. Bakhtiari-Nejad, W. Zhu, Scaled Boundary Finite Element Method for Modeling of Impedance Based Structural Health Monitoring of 2D Structure, in: ASME 2018 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, American Society of Mechanical Engineers, 2018, pp. V008T010A034- V008T010A034.
42
[43] M. Kögl, E.C.N. Silva, Topology optimization of smart structures: design of piezoelectric plate and shell actuators, Smart Materials and Structures, 14(2) (2005) 387-399.
43
[44] B. Zheng, C.-J. Chang, H.C. Gea, Topology optimization of energy harvesting devices using piezoelectric materials, Structural and Multidisciplinary Optimization, 38(1) (2008) 17-23.
44
[45] M.C. Ray, R. Bhattacharyya, B. Samanta, Static analysis of an intelligent structure by the finite element method, Computers & Structures, 52(4) (1994) 617-631.
45
[46] J. Joseph, S. Raja, Y.C. Lu, Finite Element Analysis of Piezoelectric Composite Actuators, SAE International Journal of Materials and Manufacturing, 4(1) (2011) 328-339.
46
[47] H. Man, C. Song, W. Gao, F. Tin-Loi, A unified 3D-based technique for plate bending analysis using scaled boundary finite element method, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 91(5) (2012) 491-515.
47
[48] C. Song, The Scaled Boundary Finite Element Method: Introduction to Theory and Implementation, John Wiley & Sons, (2018).
48
ORIGINAL_ARTICLE
پاسخ زمانی ورق ساندویچ حلقوی ساخته شده از مواد مدرج تابعی ترکیب شده با لایه های پیزوالکتریک
در این پژوهش به بررسی پاسخ زمانی ساندویچ ورق حلقوی متقارن که دارای هسته تشکیل شده از مواد تابعی و لایههای پیزوالکتریک است، پرداخته میشود. ورق ساندویچی به طور همزمان تحت بارگذاری نیروی مکانیکی هارمونیک و ولتاژ الکتریکی خارجی است. براساس مدل تابع توانی، فرض شده است که خواص مواد بکار رفته در هسته در جهت ضخامت هسته متغیر میباشد. همچنین برای بیان میدان جابجایی، به دلیل ضخیم بودن هسته مرکزی ساخته شده از مواد تابعی، از تئوری برشی مرتبه سوم که اثرات نیروهای برشی را درنظر میگیرد استفاده شده است. در ادامه با استفاده از اصل همیلتون معادلات ساختاری بر حسب ترمهای جابجایی بدست آمده و با استفاده از روش عددی تفاضلات مربعی حل شده است. نهایتا پاسخ زمانی برحسب تغییرات پارامترهای موثر مثل شعاع داخلی، ایندکس تابع توانی، ضخامت هسته و ولتاژ خارجی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که با افزایش شعاع داخلی دامنه نوسانات در بازه زمانی مورد نظر کاهش مییابد. بعلاوه با افزایش پارامتر ایندکس تابع توانی، دامنه پاسخ زمانی افزایش مییابد. همچنین با افزایش ایندکس تابع توانی پاسخ ورق به یک مجانب میل میکند که نشان دهنده هسته کاملا فلزی میباشد. به علاوه افزایش ولتاژ اعمالی میتواند دامنه ورق را نسبت به حالت نامی به صورت خطی افزایش دهد. در نهایت مشاهده میگردد که با اعمال ولتاژ الکتریکی خارجی به خوبی میتوان دامنه پاسخ زمانی را کاهش داد و از این مزیت در کنترل سیستمهای ارتعاشی استفاده کرد.
https://mej.aut.ac.ir/article_3570_dbe6194b80bfd38c3f7d30ff3eed7778.pdf
2019-09-12
3485
3502
10.22060/mej.2019.15617.6172
با رگذاری الکترو - مکانیکی
پاسخ زمانی
ساندویچ ورق حلقوی
مواد مدرج تابعی
لایه های پیزوالکتریک
روش تفاضلات مربعی
حبیب
عربی
harabi@phd.guilan.ac.ir
1
دانشجوی دکتری، گروه مکانیک، پردیس دانشگاهی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران
LEAD_AUTHOR
احمد
باقری
bagheri@guilan.ac.ir
2
استاد، گروه دینامیک و کنترل، دانشکده مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران
AUTHOR
غلامرضا
زارع پور
zarepour@guilan.ac.ir
3
استادیار، گروه دینامیک و کنترل، دانشکده مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران
AUTHOR
[1] N. Viliani, S. Khalili, H. Porrostami, Buckling analysis of FG plate with smart sensor/actuator, (2009).
1
[2] P. Phung-Van, L.B. Nguyen, L.V. Tran, T.D. Dinh, C.H. Thai, S. Bordas, M. Abdel-Wahab, H. Nguyen-Xuan, An efficient computational approach for control of nonlinear transient responses of smart piezoelectric composite plates, International Journal of Non-Linear Mechanics, 76 (2015) 190-202.
2
[3] X. Liang, Z. Wang, L. Wang, G. Liu, Semi-analytical solution for three-dimensional transient response of functionally graded annular plate on a two parameter viscoelastic foundation, Journal of Sound and Vibration, 333(12) (2014) 2649-2663.
3
[4] E. CRAWLEY, D. Luis, Use of piezoelectric actuators as elements of intelligent structures, AIAA journal, 25(10 (1987) 1373-1385.
4
[5] E.F. Crawley, K.B. Lazarus, Induced strain actuation of isotropic and anisotropic plates, AIAA journal, 29(6) (1991) 944-951.
5
[6] Y. Yu, R. Xia, Study on finite element analysis and shape control of composite laminate containing piezoelectric actuator/sensor, Acta Mater. Compos. Sinica, 14(2) (1997) 114-119.
6
[7] A.A. Jafari, A.A. Jandaghian, O. Rahmani, Transient bending analysis of a functionally graded circular plate with integrated surface piezoelectric layers, International Journal of Mechanical and Materials Engineering, 1(9) (2014) 1-14.
7
[8] A.A. Jandaghian, O. Rahmani, Size-dependent free vibration analysis of functionally graded piezoelectric plate subjected to thermo-electro-mechanical loading, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, (2017) 1045389X17704920.
8
[9] S. Narayanan, V. Balamurugan, Finite element modelling of piezolaminated smart structures for active vibration control with distributed sensors and actuators, Journal of sound and vibration, 262(3) (2003) 529-562.
9
[10] J.M.S. Moita, I.F. Correia, C.M.M. Soares, C.A.M. Soares, Active control of adaptive laminated structures with bonded piezoelectric sensors and actuators, Computers & Structures, 82(17-19) (2004) 1349-1358.
10
[11] C. Hong, Transient responses of magnetostrictive plates by using the GDQ method, European Journal of Mechanics-A/Solids, 29(6) (2010) 1015-1021.
11
[12] C.-C. Hong, Transient Response of Functionally Graded Material Circular Cylindrical Shells with Magnetostrictive Layer, Journal of Mechanics, 32(4) (2016) 473-478.
12
[13] X.-L. Huang, H.-S. Shen, Vibration and dynamic response of functionally graded plates with piezoelectric actuators in thermal environments, Journal of Sound and Vibration, 289(1-2) (2006) 25-53.
13
[14] J. Reddy, C. Wang, S. Kitipornchai, Axisymmetric bending of functionally graded circular and annular plates, European Journal of Mechanics-A/Solids, 18(2) (1999) 185-199.
14
[15] R. Javaheri, M. Eslami, Thermal buckling of functionally graded plates, AIAA journal, 40(1) (2002) 162-184.
15
[16] R. Javaheri, M. Eslami, Thermal buckling of functionally graded plates based on higher order theory, Journal of thermal stresses, 25(7) (2002) 603-625.
16
[17] H. Mozafari, A. Ayob, Effect of thickness variation on the mechanical buckling load in plates made of functionally graded materials, Procedia Technology, 1 (2012) 496-504.
17
[18] S. Sahraee, A. Saidi, Axisymmetric bending analysis of thick functionally graded circular plates using fourth[1]order shear deformation theory, European Journal of Mechanics-A/Solids, 28(5) (2009) 974-984.
18
[19] E.F. Crawley, J. De Luis, Use of piezoelectric actuators as elements of intelligent structures, AIAA journal, 25(10) (1987) 1373-1385.
19
[20] R. Bellman, J. Casti, Differential quadrature and long-term integration, Journal of Mathematical Analysis and Applications, 34(2) (1971) 235-238.
20
[21] S. Kosari, M. Erfanianb, Using Chebyshev polynomials zeros as point grid for numerical solution of linear and nonlinear PDEs by differential quadrature-based radial basis functions.
21
[22] X. Wang, Differential quadrature for buckling analysis of laminated plates, Computers & structures, 57(4) (1995) 715-719.
22
[23] M. Mohammadimehr, M. Emdadi, H. Afshari, B. Rousta Navi, Bending, buckling and vibration analyses of MSGT microcomposite circular-annular sandwich plate under hydro-thermo-magneto-mechanical loadings using DQM, International Journal of Smart and Nano Materials, 9(4) (2018) 233-260.
23
[24] K.-M. Liew, Y. Xiang, S. Kitipornchai, C. Wang, Vibration of Mindlin plates: programming the p-version Ritz method, Elsevier, 1998.
24
[25] R. Aghababaei, J. Reddy, Nonlocal third-order shear deformation plate theory with application to bending and vibration of plates, Journal of Sound and Vibration, 326(1-2) (2009) 277-289.
25
ORIGINAL_ARTICLE
تحلیل رشد عدم قطعیت در ارتعاشات آزاد ورق کامپوزیتی نامعین به روش المان محدود تصادفی
بهمنظور پیشبینی قابلیت اطمینان سازههای کامپوزیتی نیاز است عدم قطعیت در پاسخهای استاتیکی و دینامیکی این سازهها کمیسازی شود. در تاریخچه موضوعی تحقیقی که در آن خواص ورق کامپوزیتی به صورت میدان تصادفی و نه پارامتر تصادفی مدلسازی شده باشد و اثرات آن بر ارتعاشات آزاد ورق مطالعه شده باشد، مشاهده نشد. در این تحقیق خواص فیزیکی و مکانیکی مربوط به ورق کامپوزیتی شامل چگالی، مدول کششی و مدولهای برشی در ورق بهصورت یک میدان تصادفی گوسی در نظر گرفته میشود. با در نظر گرفتن تابع خودهمبستگی نمایی، میدان تصادفی به روش کارهونن-لاو به دو بخش معین و نامعین تجزیه میگردد. با فرض تئوری مرتبه اول برشی و تئوری الاستیک خطی کرنشهای سیستم تعریف شده است. انرژی پتانسیل و جنبشی با روش المان محدود استخراج شده است. با استخراج معادلات حرکت تصادفی به کمک اصل همیلتون و معادلات اویلر لاگرانژ، فرمولاسیون و روش حل برای حل مسأله معین با نتایج موجود در تاریخچه مقایسه و صحهگذاری شده است. اثرات عدم قطعیت در خواص بر میزان عدم قطعیت در فرکانس طبیعی سازه با روش مونتکارلو مطالعه شده است. نتایج نشان میدهد، رابطهای خطی بین ضریب تغییرات خواص فیزیکی و مکانیکی و ضریب تغییرات فرکانس طبیعی ورق کامپوزیتی وجود دارد.
https://mej.aut.ac.ir/article_3485_4ecfe7869b3118c7d8338487dd2bf2cf.pdf
2019-06-25
3503
3520
10.22060/mej.2019.15892.6223
ورق کامپوزیتی نامعین
روش المان محدود تصادفی
روش کارهونن-لاو
روش مونتکارلو
ارتعاشات آزاد
مهدی
فکور
mfakoor@ut.ac.ir
1
تهران- انتهای امیرآباد شمالی- بعد از پل حکیم- دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران- دفتر معاونت علمی
LEAD_AUTHOR
هادی
پرویز نوروزانی
hadiparviz@ut.ac.ir
2
دانشگاه تهران
AUTHOR
آرش
عباسی
a.abbasi@isrc.ac.ir
3
پژوهشگاه فضایی ایران
AUTHOR
[1] S. Salim, D. Yadav, N.J.M.R.C. Iyengar, Analysis of composite plates with random material characteristics, 20(5) (1993) 405-414.
1
[2] B. Navaneetha Raj, N. Iyengar, D.J.A.C.M. Yadav, Response of composite plates with random material properties using FEM and Monte Carlo simulation, 7(3) (1998) 219-237.
2
[3] A.K. Noor, J.H. Starnes Jr, J.M.J.C.S. Peters, Uncertainty analysis of stiffened composite panels, 51(2) (2001) 139- 158.
3
[4]A.K. Noor, J.H. Starnes Jr, J.M.J.C.m.i.a.m. Peters, engineering, Uncertainty analysis of composite structures, 185(2-4) (2000) 413-432.
4
[5] C.C. António, L.N.J.R.E. Hoffbauer, S. Safety, Uncertainty analysis based on sensitivity applied to angle-ply composite structures, 92(10) (2007) 1353- 1362. [6] P. Gayathri, K. Umesh, R.J.R.E. Ganguli, S. Safety, Effect of matrix cracking and material uncertainty on composite plates, 95(7) (2010) 716-728.
5
[7] S.J.I.j.o.s. Lin, structures, Buckling failure analysis of random composite laminates subjected to random loads, 37(51) (2000) 7563-7576.
6
[8] A. Lal, B. Singh, R.J.C. Kumar, Structures, Effects of random system properties on the thermal buckling analysis of laminated composite plates, 87(17-18) (2009) 1119-1128.
7
[9] V.K. Verma, B.J.I.J.o.S.S. Singh, Dynamics, Thermal buckling of laminated composite plates with random geometric and material properties, 9(02) (2009) 187-211.
8
[10] P.M. Pawar, S. Nam Jung, B.P.J.A.E. Ronge, A. Technology, Fuzzy approach for uncertainty analysis of thin walled composite beams, 84(1) (2012) 13-22.
9
[11] B.N. Singh, N. Iyengar, D.J.J.o.e.m. Yadav, Effects of random material properties on buckling of composite plates, 127(9) (2001) 873-879.
10
[12] P. Sasikumar, R. Suresh, S.J.A.M. Gupta, Stochastic finite element analysis of layered composite beams with spatially varying non-Gaussian inhomogeneities, 225(6) (2014) 1503-1522.
11
[13] R. Rafiee, F. Reshadi, S.J.M. Eidi, Design, Stochastic analysis of functional failure pressures in glass fiber reinforced polyester pipes, 67 (2015) 422-427.
12
[14] A.K. Onkar, D.J.C.S. Yadav, Forced nonlinear vibration of laminated composite plates with random material properties, 70(3) (2005) 334-342.
13
[15] B. Singh, A. Bisht, M. Pandit, K.J.J.o.s. Shukla, vibration, Nonlinear free vibration analysis of composite plates with material uncertainties: A Monte Carlo simulation approach, 324(1-2) (2009) 126-138.
14
[16] M.T. Piovan, J.M. Ramirez, R.J.C.S. Sampaio, Dynamics of thin-walled composite beams: Analysis of parametric uncertainties, 105 (2013) 14-28.
15
[17] M.K. Pandit, B.N. Singh, A.H.J.J.o.A.E. Sheikh, Stochastic free vibration response of soft core sandwich plates using an improved higher-order zigzag theory, 23(1) (2009) 14-23.
16
[18] S. Dey, T. Mukhopadhyay, H.H. Khodaparast, S.J.A.M. Adhikari, Stochastic natural frequency of composite conical shells, 226(8) (2015) 2537-2553.
17
[19] S. Dey, T. Mukhopadhyay, S. Sahu, G. Li, H. Rabitz, S.J.C.P.B.E. Adhikari, Thermal uncertainty quantification in frequency responses of laminated composite plates, 80 (2015) 186-197.
18
[20] A. Lal, B.J.C.M. Singh, Stochastic nonlinear free vibration of laminated composite plates resting on elastic foundation in thermal environments, 44(1) (2009) 15-29.
19
[21] A. Lal, M.V. Tadvi, R. Kumar, Stochastic Thermal Free Vibration Response of Laminated Composite Plates Resting on Elastic Foundation with Uncertain Material Properties, in: 2008 First International Conference on Emerging Trends in Engineering and Technology, IEEE, 2008, pp. 754-757.
20
[22] A. Lal, B. Singh, R.J.I.J.o.M.S. Kumar, Nonlinear free vibration of laminated composite plates on elastic foundation with random system properties, 50(7) (2008) 1203-1212.
21
[23] K. Sepahvand, S. Marburg, On uncertainty quantification in sandwich structures with spatial random damping behavior, in: International Conference on Structural Dynamic, EURODYN, 2014.
22
[24] S. Adhikari, A.S.J.A.J. Phani, Random eigenvalue problems in structural dynamics: experimental investigations, 48(6) (2010) 1085-1097.
23
[25] S. Adhikari, Free vibration analysis of angle-ply composite plates with uncertain properties, in: 17th AIAA Non-Deterministic Approaches Conference, 2015, pp. 1146.
24
[26] S. Murugan, D. Harursampath, R.J.A.j. Ganguli, Material uncertainty propagation in helicopter nonlinear aeroelastic response and vibratory analysis, 46(9) (2008) 2332-2344.
25
[27] S. Murugan, R. Chowdhury, S. Adhikari, M.J.A.S. Friswell, Technology, Helicopter aeroelastic analysis with spatially uncertain rotor blade properties, 16(1) (2012) 29-39.
26
[28] A. Shaker, W.G. Abdelrahman, M. Tawfik, E.J.C.M. Sadek, Stochastic finite element analysis of the free vibration of laminated composite plates, 41(4) (2008) 493-501.
27
[29] K. Sepahvand, S. Marburg, H.-J.J.J.o.S. Hardtke, Vibration, Stochastic free vibration of orthotropic plates using generalized polynomial chaos expansion, 331(1) (2012) 167-179.
28
[30] K. Sepahvand, M. Scheffler, S.J.A.A. Marburg, Uncertainty quantification in natural frequencies and radiated acoustic power of composite plates: Analytical and experimental investigation, 87 (2015) 23-29.
29
[31] K. Umesh, R.J.M.o.A.M. Ganguli, Structures, Material uncertainty effect on vibration control of smart composite plate using polynomial chaos expansion, 20(7) (2013) 580-591.
30
[32] S. Sriramula, M.K.J.S.S. Chryssanthopoulos, An experimental characterisation of spatial variability in GFRP composite panels, 42 (2013) 1-11.
31
[33] R.G. Ghanem, P.D. Spanos, Stochastic finite element method: Response statistics, in: Stochastic finite elements: a spectral approach, Springer, 1991, pp. 101- 119.
32
[34] J.N. Reddy, Mechanics of laminated composite plates and shells: theory and analysis, CRC press, 2004.
33
[35] H.-S. Shen, J.-J. Zheng, X.-L.J.C.S. Huang, Dynamic response of shear deformable laminated plates under thermomechanical loading and resting on elastic foundations, 60(1) (2003) 57-66.
34
[36] B. Singh, D. Yadav, N.J.A.C.M. Iyengar, AC° element for free vibration of composite plates with uncertain material properties, 11(4) (2002) 331-350.
35
ORIGINAL_ARTICLE
مطالعه دینامیک نانوحفره با در نظر گرفتن مدول یانگ و انرژی تشکیل حفره وابسته به دما با استفاده از روش میدان فاز در نیکل
در این مقاله، روش میدان فازی به منظور مطالعه رشد و از بین رفتن نانوحفرهها تحت دما و بارمکانیکی مورد استفاده قرار گرفته است. بدینمنظور، معادلات سینتیک کان - هیلیارد یا نفوذ و معادلات الاستیسیته ایستایی بر پایه کرنشهای کوچک با یکدیگر کوپل گردیده و با استفاده از روش اجزای محدود غیرخطی در فضای کارتزین دو بعدی حل شدهاند. این کوپلینگ از طریق حضور انرژی کرنشی در تابع انرژی آزاد کان - هیلیارد و وابستگی کرنش کل به کرنش غیرالاستیک حفره صورت میپذیرد. نکته جدید و قابل توجه در مدلسازی فیزیکی حاضر، لحاظ نمودن وابستگی هم زمان خواص الاستیک و انرژی تشکیل حفره به دما است و بر این اساس شبیهسازیهایی بر روی تغییرات نانوساختارحفره شامل صفحه مشترک گاز- جامد خطی، رشد یا از بین رفتن نانوحفره دایرهای در دماهای مختلف، رشد یا از بین رفتن نانوحفره دایرهای تحت فشار دو محوره و تغییرات نانوساختار با توزیع تصادفی غلظت حفره مورد مطالعه قرار گرفته است. از نتایج مهم میتوان به رشد سریعتر حفره و مقادیر بالاتر غلظت بدست آمده در دماهای پایینتر اشاره نمود. همچنین، میدان توزیع تنش با رشد و از بین رفتن حفرهها به خصوص در ناحیه صفحه مشترک گاز- جامد به شدت تغییر مییابد و مقدار تنش کل نیز با افزایش غلظت و اندازه حفره تغییر میکند.
https://mej.aut.ac.ir/article_3600_8d0f032023977cea3a7fd78b3e59b397.pdf
2019-09-28
3521
3532
10.22060/mej.2019.16169.6293
نانوحفره
میدان فاز
معادلات کوپل کان – هیلیارد و الاستیسیته
روش اجزای محدود
محمدصادق
قائدی
ms.ghaedi@pa.iut.ac.ir
1
پردیس دانشگاه صنعتی اصفهان، گروه مکانیک
AUTHOR
مهدی
جوانبخت
m.javanbakht.b@gmail.com
2
صنعتی اصفهان*مهندسی مکانیک
LEAD_AUTHOR
[1] T. Davis, D. Healy, A. Bubeck, R. Walker, Stress concentrations around voids in three dimensions: The roots of failure, Journal of Structural Geology, 102 (2017) 193-207.
1
[2] D. Norris, Voids in nickel irradiated with electrons after previous argon ion bombardment, Nature, 227(5260) (1970) 830.
2
[3] D. Norris, Voids in irradiated metals (Part I), Radiation Effects, 14(1-2) (1972) 1-37.
3
[4] D. Norris, Voids in irradiated metals (Part II), Radiation Effects, 15(1-2) (1972) 1-22.
4
[5] J.L. Katz, H. Wiedersich, Nucleation of voids in materials supersaturated with vacancies and interstitials, The Journal of Chemical Physics, 55(3) (1971) 1414-1425.
5
[6] K. Russell, Thermodynamics of gas-containing voids in metals, Acta Metallurgica, 20(7) (1972) 899-907.
6
[7] R. Mayer, L. Brown, Nucleation and growth of voids by radiation: II. Differential equations, Journal of Nuclear Materials, 95(1-2) (1980) 58-63.
7
[8] M. Imada, Void Lattice formation-spinodal decomposition of vacancies, Journal of the Physical Society of Japan, 45(5) (1978) 1443- 1448.
8
[9] K. Krishan, Void ordering in metals during irradiation, Philosophical Magazine A, 45(3) (1982) 401-417.
9
[10] A. Semenov, C. Woo, Void lattice formation as a nonequilibrium phase transition, Physical Review B, , 74(2) (2006) 024108.
10
[11] A. Brailsford, L. Mansur, Time dependent rate theory for diffusional defect processes, Acta Metallurgica, 33(8) (1985) 1425-1437.
11
[12] N. Doan, G. Martin, Elimination of irradiation point defects in crystalline solids: sink strengths, Physical Review B, 67(13) (2003) 134107.
12
[13] W.J. Boettinger, J.A. Warren, C. Beckermann,A. Karma, Phase-field simulation of solidification, Annual review of materials research, 32(1) (2002) 163-194.
13
[14] H. Henry, H. Levine, Dynamic instabilities of fracture under biaxial strain using a phase field model, Physical review letters, 93(10) (2004) 105504.
14
[15] Y.U. Wang, Computer modeling and simulation of solid-state sintering: A phase field approach, Acta materialia, 54(4) (2006) 953-961.
15
[16] N. Moelans, B. Blanpain, P. Wollants, Quantitative analysis of grain boundary properties in a generalized phase field model for grain growth in anisotropic systems, Physical Review B, 78(2) (2008) 024113.
16
[17] V.I. Levitas, M. Javanbakht, Advanced phase-field approach to dislocation evolution, Physical Review B, 86(14) (2012) 140101.
17
[18] V.I. Levitas, M. Javanbakht, Interaction between phase transformations and dislocations at the nanoscale. Part ١. General phase field approach, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 82(2015)287-319.
18
[19] M. Javanbakht, V.I. Levitas, Interaction between phase transformations and dislocations at the nanoscale. Part ٢: Phase field simulation examples, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 82 (2015) 164-185.
19
[20] M. Javanbakht, V. Levitas, Phase Field Method to the Interaction of Phase Transformations and Dislocations at Nanoscale, AUT Journal of Mechanical Engineering, 1(2) (2017) 243-246.
20
[21] H.-C. Yu, W. Lu, Dynamics of the self-assembly of nanovoids and nanobubbles in solids, Acta Materialia, 53(6) (2005) 1799-1807.
21
[22] S. Hu, C.H. Henager Jr, Phase-field modeling of void lattice formation under irradiation, Journal of Nuclear Materials, 394(2-3) (2009) 155-159..
22
[23] S.Y. Hu, C. Henager Jr, Phase-field simulation of void migration in a temperature gradient, Acta materialia, 58(9) (2010) 3230-3237.
23
[24] S. Rokkam, A. El-Azab, P. Millett, D. Wolf, Phase field modeling of void nucleation and growth in irradiated metals, Modelling and simulation in materials science and engineering, 17(6) (2009) 064002.
24
[25] P.C. Millett, A. El-Azab, S. Rokkam, M. Tonks, D. Wolf, Phase-field simulation of irradiated metals: Part I: Void kinetics, Computational materials science, 50(3) (2011) 949-959.
25
[26] P.C. Millett, A. El-Azab, D. Wolf, Phase- field simulation of irradiated metals: Part II:Gas bubble kinetics, Computational Materials Science, 50(3) (2011) 960-970.
26
[27] P.C. Millett, M. Tonks, Application of phase-field modeling to irradiation effects in materials, Current Opinion in Solid State and Materials Science, 15(3) (2011) 125-133.
27
[28] Y. Li, S. Hu, X. Sun, F. Gao, C.H. Henager Jr, M. Khaleel, Phase-field modeling of void migration and growth kinetics in materials under irradiation and temperature field, Journal of Nuclear Materials, 407(2) (2010) 119-125..
28
[29] Z. Xiao, A. Semenov, C. Woo, S. Shi, Single void dynamics in phase field modeling, Journal of nuclear materials, 439(1-3) (2013) 25-32.
29
[30] A. Semenov, C. Woo, Interfacial energy in phase-field emulation of void nucleation and growth, Journal of nuclear materials, 411(1-3) (2011) 144-149.
30
[31] A. Semenov, C. Woo, Phase-field modeling of void formation and growth under irradiation, Acta Materialia, 60(17) (2012) 6112-6119.
31
[32] Y. Li, S. Hu, R. Montgomery, F. Gao, X. Sun, Phase-field simulations of intragranular fission gas bubble evolution in UO٢ under post-irradiation thermal annealing, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 303 (2013) 62-67.
32
[33] I.W. Vance, P.C. Millett, Phase-field simulations of pore migration and morphology change in thermal gradients, Journal of Nuclear Materials, 490 (2017) 299-304.
33
[34] Y. Gao, Y. Zhang, D. Schwen, C. Jiang, C. Sun, J. Gan, X.-M. Bai, Theoretical prediction and atomic kinetic Monte Carlo simulations of void superlattice self-organization under irradiation, Scientific reports, 8(1).(2018) 6629.
34
[35] W. Wang, C.-l. Yi, K.-q. Fan, Molecular dynamics study on temperature and strain rate dependences of mechanical tensile properties of ultrathin nickel nanowires, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 23(3353) (2013) 3361.
35
[36] ] Y. Gong, B. Grabowski, A. Glensk, F. Körmann, J. Neugebauer, R.C. Reed, Temperature dependence of the Gibbs energy of vacancy formation of fcc Ni, Physical Review B, 97(21) (2018) 214106.
36
[37] D. Schwen, L.K. Aagesen, J.W. Peterson, M.R. Tonks, Rapid multiphase-field model development using a modular free energy based approach with automatic differentiation in MOOSE/MARMOT, Computational Materials Science, 132 (2017) 36-45.
37
[38] M. Shaikh, K. Ehrlich, Swelling in nickel-carbon and nickel-silicon alloys, Pakistan Inst. of Nuclear Science and Technology, 1990.
38
ORIGINAL_ARTICLE
کنترل بهینه تطبیقی مد لغزشی فراپیچشی برای ربات اسکلت خارجی پایین تنه
اغتشاش و عدم قطعیت با دامنه نامعلوم از عواملی است که عملکرد ربات های اسکلت خارجی را با مشکل مواجه کرده است. یکی از روش های کنترلی مقاوم در برابر اغتشاشات، مد لغزشی بوده که با بکارگیری لایه مرزی به منظور مقابله با چترینگ، عملکرد مقاوم آن تضعیف میشود. برای مقابله، الگوریتمهای کنترلی مرتبه بالا مانند مد لغزشی فراپیچشی پیشنهاد شده که بدون در نظر گرفتن لایه مرزی، چترینگ را تا حدودی کاهش میدهند. در این مقاله، یک کنترلر مد لغزشی فراپیچشی تطبیقی بهینه برای ربات اسکلت خارجی پایین تنه پیشنهاد شده که در آن متغیر لغزشی و مشتقات آن در حضور اغتشاش محدود با دامنه نامعلوم به سمت صفر میل میکنند. مسیر مفصل بالا تنه بهگونهای تعیین شده که در هر لحظه پایداری ربات طبق معیار نقطه گشتاور صفر حاصل شود. بهمنظور دستیابی به حداکثر پایداری و کمترین خطا در ردیابی مسیرها، پارامترهای کنترلر و مسیر بالا تنه، به کمک الگوریتم جستجوی هارمونی بهینه شده اند. برای اعتبارسنجی ربات در نرم افزار آدامز مدل شده و سپس ورودیهای کنترلی به مدل استخراج شده از آدامز اعمال شدهاند. در نهایت عملکرد دو کنترلر با هم مقایسه شده که نتایج برتری روش کنترلی پیشنهادی نسبت به کنترل کننده مد لغزشی بهینه را نشان میدهند.
https://mej.aut.ac.ir/article_3631_b8644cb0ace7b918db46a71f99a07d00.pdf
2019-10-12
3533
3548
10.22060/mej.2019.16292.6321
ربات اسکلت خارجی
کنترل تطبیقی
کنترل مد لغزشی فراپیچشی
الگوریتم جستجوی هارمونی
معیار نقطه گشتاور صفر
مجید
مختاری
m_mokhtari@sbu.ac.ir
1
دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
AUTHOR
مصطفی
تقی زاده
mo_taghizadeh@sbu.ac.ir
2
هیئت علمی/ دانشگاه شهید بهشتی پردیس فنی عباسپور
LEAD_AUTHOR
محمود
مزارع
m_mazare@sbu.ac.ir
3
دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران،
AUTHOR
[1] R. Bogue, Exoskeletons and robotic prosthetics: a review of recent developments, Industrial Robot: An International Journal, 36(5) (2009) 421-427.
1
[2] R. S. Mosher, Handy man to Hardiman,Technical Report,SAE Technical Paper, (1967).
2
[3] M. Vukobratovic, B. Borovac, D. Surla, D. Stokic, Biped Locomotion, Springer-Verlag, Berlin, (1990) 1-349.
3
[4] S. Jezernik, G. Colombo, T. Kelly, H. Frueh, M. Morari, Robotic Orthosis Lokomat: A rehabilitation and research tool, Technology at the Neural Interface, 6(1) (2003) 108–115.
4
[5] A. Duschau-Wicke, T. Brunsch, L. Lünenburger, R. Riener, Adaptive support for Patient-Cooperative gait rehabilitation with the lokomat, IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems Acropolis Convention Center Nice, France, 2008.
5
[6]H. Kazerooni, Hybrid Control of the berkeley lower extremity exoskeleton (BLEEX), The International Journal of Robotics, 25(2) (2006) 561-573.
6
[7]B. Siciliano, O. Khatib, Springer Handbook of Robotics, Springer-Verlag, Berlin, (2008) 773-793.
7
[8] T. Yan, M. Cempini, C. M. Oddo, N. Vitiello, Review of assistive strategies in powered lower-limb orthosis and exoskeletons, Robotics and Autonomous Systems, 64(1) (2015) 120-136.
8
[9] X. Wanga, X. Li, J. Wang, X. Fang, X. Zhub, model[1]free adaptive sliding mode control for the multi degree[1]of-freedom robotic exoskeleton,Information Sciences, 327(1) (2015) 246-257 .
9
[10] S. Chen, B. Yao, X. Zhu, Z. Chen, Q. Wang, S. Zhu, Y. Song, Adaptive Robust Backstepping Force Control of 1-DOF Joint Exoskeleton for Human Performance Augmentation, IFAC, 48(1) (2015) 142–147.
10
[11] S. Han, H. Wang, Y. Tian, Advances in Engineering Software journal Model-free based adaptive nonsingular fast terminal sliding mode control with time-delay estimation for a 12 DOF multi-functional lower limb exoskeleton, Advances in Engineering Software, 119(1)(2018) 38–47.
11
[12] A. Goel, A. Swarup, MIMO Uncertain Nonlinear System Control via Adaptive High-Order Super Twisting Sliding Mode and its Application to Robotic Manipulator, J Control Autom Electr Syst, 28(1) (2018) 36–49.
12
[13] T. Madani, B. Daachi, K. Djouani, Non-singular terminal sliding mode controller: Application to an actuated exoskeleton, Mechatronics, 33(1) (2016) 136–145.
13
[14] C. Edwards, E. F. Colet, L. Fridman, Advances in variable structure and sliding mode control, Springer, Berlin, (2006) 50-280.
14
[15] A. Sabanovic, L. M. Fridman, S. K. Spurgeon, Variable structure systems: from principles to implementation, IEEE Transactions digital library, 66 (7) (2004) 445-456.
15
[16] G. Bartolini, A. Ferrara, E. Usai, V. I. Utkin, On multi[1]input chattering-free second-order sliding mode control, IEEE transactions on automatic control, 45(9) (200) 1711-1717.
16
[17] Y. Shtessel, C. Edward, L. Fridman, A. Levant, Sliding Mode Control and Observation, Springer, New York, (2014) 135-255.
17
[18] A. Moreno, M. Osorio, A Lyapunov approach to second order sliding mode controllers and observer, 47th IEEE Conference on Decision and Control, Mexico, Cancun, 2008.
18
[19] F. Zargham, A. H. Mazinan, Super-twisting sliding mode control approach with its application to wind turbine systems, Springer, 11(1) (2018) 1-19.
19
[20] A. Goel, A. Swarup, MIMO Uncertain Nonlinear System Control via Adaptive High-Order Super Twisting Sliding Mode and its Application to Robotic Manipulator,Journal of Control, Automation and Electrical Systems, 28(1) (2017) 36–49
20
[21] D. Liang, L. Jian, Q. Ronghai, Super-Twisting Algorithm Based Sliding-Mode Observer with Online Parameter Estimation for Sensor less Control of Permanent Magnet Synchronous Machine,IEEE, 53(4) (2016) 3672 – 3682.
21
[22] Y. Shtessel, M. Taleb, F. Plestan, a novel adaptive-gain super twisting sliding mode controller: Methodology and application, Automatica, 48(5) (2012).
22
[23] H. Hemami, C.L. Golliday, The inverted pendulum and biped stability, Mathematical Biosciences, (2) (1977) 95-110.
23
[24] D. Messuri, C. Klein, Automatic body regulation for maintaining stability of a legged vehicle during rough-terrain locomotion. Robotics and Automation, IEEE, 1(3) (1985) 141-132.
24
[25] S.A.A. Moosavian, K. Alipour, Y. Bahramzadeh, Dynamics modaling and tip-over stability of suspended wheeled mobile robots with multiple arms. In lntelligent robots and Systems, 2007. IROS 2007. IEEE/RSJ Internatiinal Conference, USA, 2007.
25
[26] A. Takhmar, MHS measure for postural stability monitoring and control of bipad robts. In Advanced lntelligent Mechatronics, 2008 .AIM 2008. IEEE/ ASME lnternational Conference on, China, 2008.
26
[27]S.A.A. Moosavian, A. Takhmar. Stable Gait Planning for Humanoids Motion, in ISME, Iran, 2007.
27
[28]M. Mokhtari, M. Taghizadeh, M. Mazare, Optimal Robust Hybrid Active Force Control of a Lower Limb Exoskeleton, ModaresMechanical Engineering, 99(9) (2017) 1-11. (in Persian).
28
[29] H. Kawamoto, Y.Sankai, Power assist method based on phase sequence and muscle force condition for HAL, Advanced Robotics, 19(7) (2005) 717-734.
29
[30] P.K. Kyaw, K. Sandar, M. Khalid, W. Juan, Y. Li, Z. Chen, Opportunities in robotic exoskeletons hybrid assistive limbSUIT (MT5009), Robotic Exoskeletons: Becoming Economically Feasible, 21(1) (2013).
30
[31] J.J. Craig,Introduction to Robotics: Mechanics and Control, Hall, London, (2005) 85-310.
31
[32] V. Hasani, M. Taghizadeh, M. Mazare, Modeling and position controller design of a servo-hydraulic actuator under variable loads using sliding mode control, Modares Mechanical Engineering, 17(6) (2016) 295-302 (in Persian).
32
[33] M. Doakhan, M. Kabganian, R.Nadafi, A. K. Eigoli, Trajectory Tracking of a Quadrotor for Obstacle Avoidance Using Super-Twisting Sliding Mode Controller and Observer, Modares Mechanical Engineering, 17(8) 333- 342, 2017 (in Persian).
33
[34]X. Yu, M. Ö. Efe, Recent Advances in Sliding Modes: From Control to Intelligent Mechatronics, Springer[1]Verlag, Berlin, (2015) 90-310.
34
[35] A. Gocwami, Postural stability of Biped Robots and the Foot-Rotation lndicator ( FRI) point. The International Journal of Robotics Research, 18(6) (1999) 523-533.
35
ORIGINAL_ARTICLE
شبیهسازی رشد عضله دوسررانی بر اثر کشش با بکارگیری یک مدل چندمقیاسه
شناخت روند رشد ماهیچه و تعیین نواحی بحرانی تحت آسیب و یا پارگی ابزاری برای تشخیص روش صحیح درمان برای متخصصان طب فیزیکی و توان بخشی و ارتوپدی میباشند. هدف این مقاله، بررسی نحوه رشد سلول عضلانی-اسکلتی و همچنین تعیین نواحی آسیب عضله دوسررانی تحت کششهای غیر فعال وارده بر آن است. با تجزیه تانسور گرادیان تغییر شکل به دو بخش الاستیک و رشد، روابط رشد محدود برای ماهیچه با رفتار ماده هایپرالاستیک تعیین شدهاند. روابط مکانیک محیط پیوسته با معادله تکامل رشد تلفیق و معادلات دیفرانسیل بیولوژیکی و مکانیکی حاصل شدند. برای حل آنها از روش اجزای محدود در نرمافزار آباکوس با نوشتن زیربرنامهای برای رفتار ماده در زبان فرترن استفاده شد. عضلهی دوسررانی قسمت سر بلند به شکل یک استوانه فرض شده و شبیهسازی آن برای یک دوره ٦ هفتهای و بهمیزان ١٠% افزایش طول اولیه انجام شد. نتایج نشان میدهند که ماهیچه بهطور ناهمگن رشد میکند و بیشینه کشیدگیها در رویهها اتفاق میافتند و نه در داخل عضله که در ناحیه بالا در رویه بیرونی معادل1/045 ودر ناحیه پایین در رویه درونی معادل 1/06 میباشند. بهعلاوه، نتایج میتواند بهنحوه درمان صحیح و بهینه و توان بخشی بیماران و جراحیهای ارتوپدی کمک کند.
https://mej.aut.ac.ir/article_3633_15f70fb58c233c15b4cce9ffdb04ee5d.pdf
2019-10-14
3549
3566
10.22060/mej.2019.15643.6175
رشد بافت نرم
تحلیل المان محدود
هایپرالاستیک
عضلانی اسکلتی
شبیهسازی
سعید
جوادی
s.javadi@mail.um.ac.ir
1
گروه مکانیک- دانشکده مهندسی- دانشگاه فردوسی مشهد
AUTHOR
عبدالرحمن
جامی الاحمدی
jaami-a@um.ac.ir
2
گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد
LEAD_AUTHOR
علیرضا
دانش مهر
daneshmehr@ut.ac.ir
3
دانشگاه تهران*مهندسی مکانیک
AUTHOR
محدثه
آزادواری
drazadvari@yahoo.com
4
دانشگاه علوم پزشکی تهران
AUTHOR
سعید
نکونام
snekoonam@sina.tums.ac.ir
5
دانشگاه علوم پزشکی تهران
AUTHOR
[1] B.V. Reed, T. Ashikaga, B.C. Fleming, N.J. Zimny, Effects of ultrasound and stretch on knee ligament extensibility, Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy, 30(6) (2000) 341-347.
1
[2] W.E. Prentice, Rehabilitation Techniques for Sports Medicine and Athletic Training with Laboratory Manual and ESims Password Card, McGraw-Hill Education, 2005.
2
[3] D.P. Greene, S.L. Roberts, Kinesiology: Movement in the Context of Activity, Mosby, 1999.
3
[4] T. UETAKE, F. OHTSUKI, Sagittal configuration of spinal curvature line in sportsmen using Moire technique, Okajimas folia anatomica Japonica, 70(2-3) (1993) 91-103.
4
[5] R.L. Lieber, Skeletal muscle structure, function, and plasticity, ٣ ed., Lippincott Williams & Wilkins, 2009.
5
[6] A. Rehfeld, M. Nylander, K. Karnov, Compendium of Histology: A Theoretical and Practical Guide, Springer, 2017.
6
[7] G.M. Cooper, R.E. Hausman, R.E. Hausman, The cell: a molecular approach, ASM press Washington, DC, 2000.
7
[8] P.E. WILLIAMS, G. Goldspink, Longitudinal growth of striated muscle fibres, Journal of cell science, 9(3) (1971) 751-76.
8
[9] G. Goldspink, Alterations in myofibril size and structure during growth, exercise, and changes in environmental temperature, Comprehensive Physiology, (2011).
9
[10] D. Thompson, ’AW,(١٩١٧, ١٩٤٢) On Growth and Form, in, Cambridge Univ. Press, 1917.
10
[11] D. Carter, W. Hayes, The bahavior of bone as a twophase porous structure, J. Bone Joint Surgery, 59 (1977) 964-962.
11
[12] S. Cowin, D. Hegedus, Bone remodeling I: theory of adaptive elasticity, Journal of Elasticity, 6(3) (1976) 313- 326.
12
[13] S.C. Cowin, The mechanical and stress adaptive properties of bone, Annals of Biomedical Engineering 11(3-4) (1983) 263-295.
13
[14] S.C. Cowin, Wolff’s law of trabecular architecture at remodeling equilibrium, Journal of biomechanical engineering, 108(1) (1986) 83-88.
14
[15] S.C. Cowin, K. Firoozbakhsh, Bone remodeling of diaphysial surfaces under constant load: theoretical predictions, Journal of Biomechanics, 14(7) (1981) 471-484.
15
[16] F.-H. Hsu, The influences of mechanical loads on the form of a growing elastic body, Journal of biomechanics, 1(4) (1968) 303-311..
16
[17] R. Skalak, Growth as a finite displacement field, in: Proceedings of the IUTAM symposium on finite elasticity, Springer, 1981, pp. 347-355.
17
[18] K. Rajagopal, Multiple natural configurations in continuum mechanics. Technical Report 6, Institute for Computational and Applied Mechanics, University of Pittsburgh., (1995).
18
[19] K. Rajagopal, A. Srinivasa, Mechanics of the inelastic behavior of materials-Part 1, theoretical underpinnings, International Journal of Plasticity, 14(10-11) (1998) 945- 967.
19
[20] S. Göktepe, O.J. Abilez, E. Kuhl, A generic approach towards finite growth with examples of athlete's heart, cardiac dilation, and cardiac wall thickening, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 58(10) (2010) 1661-1680.
20
[21] D. Ambrosi, F. Mollica, On the mechanics of a growing tumor, International journal of engineering science, 40(12) (2002) 1297-1316.
21
[22] A.A. De Smet, T.M. Best, MR imaging of the distribution and location of acute hamstring injuries in athletes, American Journal of Roentgenology, 174(2) (2000) 393-399.
22
[23] T.A. Järvinen, T.L. Järvinen, M. Kääriäinen, H. Kalimo, M. Järvinen, Muscle injuries: biology and treatment, The American journal of sports medicine, 33(5) (2005) 745- 764.
23
[24] D.G. Thelen, E.S. Chumanov, D.M. Hoerth, T.M. Best, S.C. Swanson, L. Li, M. Young, B.C. Heiderscheit, Hamstring muscle kinematics during treadmill sprinting, Med Sci Sports Exerc, 37(1) (2005) 108-114..
24
[25] E.K. Rodriguez, A. Hoger, A.D. McCulloch, Stressdependent finite growth in soft elastic tissues, Journal of biomechanics, 27(4) (1994) 455-467.
25
[26] E.H. Lee, Elastic-plastic deformation at finite strains, Journal of applied mechanics, 36(1) (1969) 1-6.
26
[27] A. Menzel, E. Kuhl, Frontiers in growth and remodeling, Mechanics research communications, 42 (2012) 1-14.
27
[28] W.M. Lai, D.H. Rubin, E. Krempl, D. Rubin, Introduction to continuum mechanics, Butterworth-Heinemann, 2009.
28
[29] Y. Liu, H. Zhang, Y. Zheng, S. Zhang, B. Chen, A nonlinear finite element model for the stress analysis of soft solids with a growing mass, International Journal of Solids and Structures, 51(17) (2014) 2964-2978.
29
[30] A.M. Zöllner, O.J. Abilez, M. Böl, E. Kuhl, Stretching skeletal muscle: chronic muscle lengthening through sarcomerogenesis, PloS one, 7(10) (2012) e45661.
30
[31] E. Kuhl, Growing matter: A review of growth in living systems, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 29 (2014) 529-543.
31
[32] N.J. O'Dwyer, P.D. Neilson, J. Nash, Mechanisms of muscle growth related to muscle contracture in cerebral palsy, Developmental Medicine and Child Neurology, 31(4) (1989) 543-547.
32
[33] A.M. Zöllner, J.M. Pok, E.J. McWalter, G.E. Gold, E. Kuhl, On high heels and short muscles: a multiscale model for sarcomere loss in the gastrocnemius muscle, Journal of theoretical biology, 365 (2015) 301-310.
33
[34] G.A. Holzapfel, Nonlinear solid mechanics: a continuum approach for engineering science, Meccanica 37(4) (2002) 489-490.
34
[35] L.A. Taber, Biomechanical Growth Laws for Muscle Tissue, Journal of Theoretical Biology, 193(2) (1998) 201-213.
35
[36] V.A. Lubarda, A. Hoger, On the mechanics of solids with a growing mass, International Journal of Solids and Structures, 39(18) (2002) 4627-4664.
36
[37] A. 6.13, Analysis User's Manual. Simulia. Dassault Systemes, (2013).
37
[38] A.M. Zöllner, M.A. Holland, K.S. Honda, A.K. Gosain, E. Kuhl, Growth on demand: reviewing the mechanobiology of stretched skin, Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 28 (2013) 495-509.
38
[39] L. Beltran, V. Ghazikhanian, M. Padron, J. Beltran, The proximal hamstring muscle-tendon-bone unit: A review of the normal anatomy, biomechanics, and pathophysiology, European journal of radiology, 81(12) (2012) 3772-3779.
39
[40] N. Palastanga, R. Soames, Anatomy and human movement, structure and function with PAGEBURST access, 6: anatomy and human movement, Elsevier Health Sciences, 2011.
40
[41] P. Zioupos, J. Currey, Changes in the stiffness, strength, and toughness of human cortical bone with age, Bone,22(1) (1998) 57-66..
41
[42] C.N. Maganaris, J.P. Paul, Tensile properties of the in vivo human gastrocnemius tendon, Journal of biomechanics, 35(12) (2002) 1639-1646.
42
[43] G. Himpel, E. Kuhl, A. Menzel, P. Steinmann, Computational modelling of isotropic multiplicative growth, Comp Mod Eng Sci, 8 (2005) 119-134.
43
[44] M.K. Chakouch, F. Charleux, S.F. Bensamoun, Quantifying the elastic property of nine thigh muscles using magnetic resonance elastography, PloS one, 10(9) (2015) e0138873.
44
[45] C. Chanaud, C. Pratt, G. Loeb, Functionally complex muscles of the cat hindlimb. II. Mechanical and architectural heterogenity within the biceps femoris, Experimental brain research, 85(2) (1991) 257-270.
45
[46] S. Göktepe, A. Menzel, E. Kuhl, The generalized Hill model: A kinematic approach towards active muscle contraction, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 72 (2014) 20-39.
46
ORIGINAL_ARTICLE
مطالعه میزان تغییرات مدول یانگ و مقاومت شکست در ساختارهای کامپوزیت پلیمری دوتایی بر پایهی پلییورتان براساس بارگذاری تنش-کرنش جهت کاربرد در مهندسی بافت عروق خونی
بیمارى عروق کرونر قلب از مهمترین بیمارىهاى قلبی و عروقی است. پیوند اتوگرافت درمان متداول این بیمارى است که در بعضی بیماران به دلایل مختلف قابل استفاده نیست. از این رو داشتن جایگزین هاى مطلوب در این زمینه امرى ضرورى است. ساختارهاى نانوالیافی به دلیل توانایی بالا در شبیه سازى ماتریس برونسلولی و ایجاد تطابق بین خواص مکانیکی در داربست هاى رگی مصنوعی با عروق طبیعی، به عنوان بسترهاى بالقوه جهت کاربردهاى مهندسی بافت عروق مطرح می شوند. هدف اصلی پژوهش پیشرو ساخت و بهبود خواص مکانیکی داربست هاى رگی مصنوعی با ساختارهاى کامپوزیت دوتایی، با استفاده از نانوالیاف پلیمرهاى پلی یورتان، پلی اتیلن ترفتالات و پلی کاپرولاکتون به روش الکتروریسی آمیخته می باشد. تمام ساختارها از نظر ریخت شناسی و خواص مکانیکی مورد ارزیابی قرار گرفته اند. محدودهى تغییرات تنش و مدول یانگ در ساختارهاى پلیکاپرولاکتون/ پلییورتان و پلی اتیلنترفتالات/ پلی یورتان به ترتیب٣٩ /٠ ±٦٦ /٢ تا٢٠ /٣ ±٠٥ /٩١ و٠٩ /٠ ±١٨ /٣ تا٤٢ /٣ ± ٣٢ مگاپاسکال است. همچنین محدوده تغییرات میانگین قطر الیاف و تخلخل در ساختارهاى کامپوزیتی به ترتیب (٤٩ ± ٣٤٣ تا ٣٨ ± ٢٨٣ نانومتر) و (١٢/٣ ±٦٠ /٨٥ تا٧٠ /١ ±٠ /١٨ درصد) گزارش شده است. بررسی ساختار و خواص مکانیکی داربست هاى ساخته شده نشان می دهد ساختار کامپوزیتی طراحی شده و بخصوص ساختار پلی اتیلن ترفتالات/ پلی یورتان می تواند دستاورد مناسبی جهت کاربردهاى مهندسی بافت عروق خونی باشد.
https://mej.aut.ac.ir/article_3638_c42844ddf0d94d845bf8da0fab8f7c10.pdf
2019-10-16
3567
3582
10.22060/mej.2019.16159.6288
ساختارهای کامپوزیت
خواص مکانیکی
عروق خونی مصنوعی
الکتروریسی
مهندسی بافت
نفیسه
جیرفتی
nafise.jirofti@gmail.com
1
مهندسی شیمی و زیست پزشکی، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
AUTHOR
داود
محبی کلهری
nusb892@gmail.com
2
دانشیار مهندسی شیمی و زیست پزشکی، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
LEAD_AUTHOR
افرا
حاجی زاده
afra.hajizadeh@aut.ac.ir
3
استادیار مهندسی پزشکی، گروه مهندسی پزشکی، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.
AUTHOR
عبدالرضا
صمیمی
a.samimi@eng.usb.ac.ir
4
استاد مهندسی شیمی، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
AUTHOR
[1] D.D. Swartz, S.T. Andreadis, Animal models for vascular tissue-engineering, Current opinion in biotechnology, 24(5) (2013) 916-925.
1
[2] S.E. Nissen, S.J. Nicholls, I. Sipahi, P. Libby, J.S. Raichlen, C.M. Ballantyne, J. Davignon, R. Erbel, J.C. Fruchart, J.-C. Tardif, Effect of very high-intensity statin therapy on regression of coronary atherosclerosis: the ASTEROID trial, Jama, 295(13) (2006) 1556-1565.
2
[3] L. Xue, H.P. Greisler, Biomaterials in the development and future of vascular grafts, Journal of vascular surgery, 37(2) (2003) 472- 480.
3
[4] B.C. Isenberg, C. Williams, R.T. Tranquillo, Small-diameter artificial arteries engineered in vitro, Circulation research,, 98(1) (2006) 25-35.
4
[5] R. Guidoin, R. Snyder, J. Awad, M. King, Biostability of vascular prostheses, in: Cardiovascular biomaterials, Springer, 1992, pp. 143-172.
5
[6] A. Hasan, A. Memic, N. Annabi, M. Hossain, A. Paul, M.R. Dokmeci, F. Dehghani, A. Khademhosseini, Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular grafts, Acta biomaterialia, 10(1) (2014) 11-25.
6
[7] S. Ramakrishna, An introduction to electrospinning and nanofibers, World Scientific 2005
7
[8] J.-H. He, Y.-Q. Wan, L. Xu, Nano-effects, quantum-like properties in electrospun nanofibers, Chaos, Solitons & Fractals, (2007) 26-37.
8
[9] J. Heyligers, C. Arts, H. Verhagen, P.G. De Groot, F. Moll, Improving small-diameter vascular grafts: From the application of an endothelial cell lining to the construction of atissue-engineered blood vessel, Annals of vascular surgery, 19(3) (2005) 448-456.
9
[10] A.B. Voorhees Jr, A.H.B. Alfred Jaretzki III, The use of tubes constructed from vinyon “N” cloth in bridging arterial defects: a preliminary report, Annals of surgery, 135(3) (1952) 332.
10
[11] M.Y. Kariduraganavar, A.A. Kittur, R.R. Kamble, Polymer synthesis and processing, in: Natural and Synthetic Biomedical Polymers, Elsevier, 2014, pp. 1-31
11
[12] D. Pankajakshan, D.K. Agrawal, Scaffolds in tissue engineering of blood vessels, Canadian journal of physiology and pharmacology, 88(9) (2010) 855-873.
12
[13] H.w. Choi, J.K. Johnson, J. Nam, D.F. Farson, J. Lannutti, Structuring electrospun polycaprolactone nanofiber tissue scaffolds by femtosecond laser ablation, Journal of Laser Applications, 19(4) (2007) 225-231.
13
[14] F. Hess, History of (MICRO) vascular surgery and the development of small-caliber blood vessel prostheses (with some notes on patency rates and re endothelialization), Microsurgery, 6(2) (1985) 59-69.
14
[15] N. Jirofti, D. Mohebbi-Kalhori, A. Samimi, A. Hadjizadeh, G.H. Kazemzadeh, Smalldiameter vascular graft using co-electrospun composite PCL/PU nanofibers, Biomedical Materials, 13(5) (2018) 055014.
15
[16] H. Wu, J. Fan, C.-C. Chu, J. Wu, Electrospinning of small diameter ٣-D nanofibrous tubular scaffolds with controllable nanofiber orientations for vascular grafts, Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 21(12) (2010) 3207-3215.
16
[17] D. MohebbiKalhori, M. Moreno, S. Dimitrievska, A. Ajji, M. Bureau, Design, Mechanical Optimization and Cell Seeding of Novel Non-woven PET Scaffolds, in: Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society EU Meeting, Galway, Ireland, 2010.
17
[18] D. Mohebbi-Kalhori. S. Akbari, M. Khorram, and A. Samimi, Electrospinning of Thermoplastic Polyurethane for Vascular Scaffolds, in: ISPST, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran, 2012.
18
[19] M.A.A. Mukhtar, Relationship between the Structure and Mechanical Properties of PCL Prototype Vascula Graft Reinforced with Knitted PET Fabric, Donghua University College of Textiles 2013.
19
[20] F. Wang, A. Mohammed, C. Li, P. Ge, L. Wang, M.W. King, Degradable/nondegradable polymer composites for in-situ tissue engineering small diameter vascular prosthesis application, Bio-medical materials and engineering, 24(6) (2014) 2127-2133.
20
[21] Y. Pan, X. Zhou, Y. Wei, Q. Zhang, T. Wang, M. Zhu, W. Li, R. Huang, R. Liu, J. Chen, Smalldiameter hybrid vascular grafts composed of polycaprolactone and polydioxanone fibers, Scientific reports,7(1) (2017) 3615.
21
[22] J. Johnson, D. Ohst, T. Groehl, S. Hetterscheidt, M. Jones, Development of novel, bioresorbable, small-diameter electrospun vascular grafts, Journal of Tissue Science & Engineering, 6(2) (2015)1.
22
[23] M. Khodadoust, D. Mohebbi-Kalhori, N. Jirofti, Fabrication and characterization of electrospun Bi-hybrid PU/PET scaffolds for small-diameter vascular grafts applications, Cardiovascular engineering and technology, 9(1) (2018) 73-83.
23
[24] M. Mirbagheri, D. Mohebbi-Kalhori, N.Jirofti, Evaluation of mechanical properties and medical applications of polycaprolactone small diameter artificial blood vessels, International Journal of Basic Science in Medicine, 2(1) (2017) 58-70.
24
[25] N. Jirofti, D. Mohebbi Kalhori, G.H. Kazemzadeh, A. Samimi, Evaluation of biocompatibility and reaction of the immune system of the rat in single and composite electrospun nanofiber structures (PCL/PU) for tissue engineering applications, Journal of Cell & Tissue,8 (2017) 242-249.
25
[26] C. Chen, L. Wang, Y. Huang, A novel shapestabilized PCM: electrospun ultrafine fibers based on lauric acid/polyethylene terephthalate composite, Materials Letters,, 62(20) (2008) 3515-3517.
26
[27] C. Chen, L. Wang, Y. Huang, Morphology and thermal properties of electrospun fatty acids/ polyethylene terephthalate composite fibers as novel form-stable phase change materials Solar Energy Materials and Solar Cells, 92(11) (2008) 1382-1387.
27
[28] H. Karakaş, A. Sarac, T. Polat, E. Budak, S. Bayram, N. Daģ, S. Jahangiri, Polyurethane nanofibers obtained by electrospinning process, World Academy of Science, Engineering and Technology, 7 (2013) 498-501.
28
[29] S. Chen, J. An, L. Weng, Y. Li, H. Xu, Y. Wang, D. Ding, D. Kong, S. Wang, Construction and biofunctional evaluation of electrospun vascular graft loaded with selenocystamine for in situ catalytic generation of nitric oxide, Materials Science and Engineering: C, 45 (2014) 491-496.
29
[30] F. Ajalloueian, M.L. Lim, G. Lemon, J.C. Haag, Y. Gustafsson, S. Sjöqvist, A. BeltránRodríguez, C. Del Gaudio, S. Baiguera, A. Bianco, Biomechanical and biocompatibility characteristics of electrospun polymeric tracheal scaffolds, Biomaterials, 35(20) (2014) 5307-5315.
30
ORIGINAL_ARTICLE
بررسی رفتار هیدروژلهای حساس به دما با در نظر گرفتن خواص تابعی هدفمند
هیدروژل ها شبکه ى پلیمرى ٣ بعدى هستند که به اعمال تحریک هاى خارجی به شدت پاسخ داده و متورم می شوند. جهت مطالعه رفتار مکانیکی این مواد حین تغییردما، یک تابع انرژى کرنشی متشکل از دو بخش انرژى کشیدگی شبکه و انرژى ترکیب درنظر گرفته شده است. با توجه به تغییر مشخصات هیدروژل هاى تابعی-هدفمند حساس به دما درراستاى ضخامت، حل نیمه تحلیلی براى خمش این مواد درشرایط کرنش- صفحه اى ارائه گردیده است. جهت صحت سنجی روش نیمه تحلیلی ارائه شده، از روش اجزاء محدود در نرم افزار آباکوس با نوشتن زیربرنامه یوهایپر براى مدل ساختارى این مواد استفاده شده است. پس از صحت سنجی کد یوهایپر در مسئله تورم آزاد ، چند مسئله با شرایط مختلف بوسیله ى این دو روش مورد مقایسه قرار گرفتند؛ که مطابقت نتایج شعاع، تنش شعاعی و تنش مماسی حاصل از خمش تیر در این دو روش، دقت بالاى روش نیمه تحلیلی ارائه شده را نشان می دهند. درنهایت با تغییر دما در بازه ٠٢٣ تا ٨٨٢ کلوین، میزان تغییرات دو فاکتور میزان زاویه خمیدگی و انحنا، که اهمیت بالایی در ساخت سنسورها و عملگرها دارند، را مورد مطالعه قرار داده ایم. پیوستگی تنش هاى شعاعی و مماسی در هیدروژل هاى داراى خواص تابعی هدفمند، نسبت به ساختارهاى چندلایه اى، منجر به کاربردهاى گسترده این مواد می شود.
https://mej.aut.ac.ir/article_3535_9dd76540737a94ca5ba563aa530b65aa.pdf
2019-07-30
3583
3594
10.22060/mej.2019.16172.6294
هیدروژل حساس به دما
مواد تابعی هدفمند
حل نیمهتحلیلی
مدلسازی اجزاءمحدود
محمد
شجاعیفرد
mohamadshojaeifard@yahoo.com
1
مهندسی مکانیک-طراحی کاربردی، دانشگاه تهران، تهران، ایران
AUTHOR
مصطفی
باغانی
baghani@ut.ac.ir
2
دانشگاه تهران-مهندسی مکانیک
LEAD_AUTHOR
[1] S. Cai, Z. Suo, Mechanics and chemical thermodynamics of phase transition in temperature-sensitive hydrogels, Journal of the Mechanics Physics of Solids, 59(11) (2011) 2259-2278.
1
[2] S.A. Chester, L. Anand, A thermo-mechanically coupled elastomeric materials: application to thermally responsive gels, Journal of the Mechanics Physics of Solids 59(10) (2011) 1978-2006.
2
[3] W. Guo, M. Li, J. Zhou, Modeling programmable deformation of self-folding allpolymer structures with temperature-sensitive hydrogels, Smart Materials Structures, 22(11) (2013) 115028.
3
[4] H. Mazaheri, M. Baghani, R. Naghdabadi, S. Sohrabpour, Inhomogeneous swelling behavior of temperature sensitive PNIPAM hydrogels in micro-valves: analytical and numerical study, Smart Materials Structures, 24(4) (2015) 045004.
4
[5] H. Mazaheri, M. Baghani, R. Naghdabadi, S. Sohrabpour, Coupling behavior of the pH/temperature sensitive hydrogels for the inhomogeneous and homogeneous swelling, Smart Materials Structures, 25(8) (2016) 085034.
5
[6] H. Mazaheri, M. Baghani, R. Naghdabadi, Inhomogeneous and homogeneous swelling behavior of temperature-sensitive poly-(Nisopropylacrylamide) hydrogels, Journal of Intelligent Material Systems Structures, 27(3) (2016) 324-336.
6
[7] T. Morimoto, F. Ashida, Temperature-responsive bending of a bilayer gel, International Journal of Solids Structures, 56 (2015) 20-28.
7
[8] R. Marcombe, S. Cai, W. Hong, X. Zhao, Y. Lapusta, Z. Suo, A theory of constrained swelling of a pH-sensitive hydrogel, Soft Matter, 6(4) (2010) 784-793.
8
[9] W. Toh, T.Y. Ng, J. Hu, Z. Liu, Mechanics of inhomogeneous large deformation of photo[1]thermal sensitive hydrogels, International Journal of Solids Structures, 51(25-26) (2014) 4440-4451.
9
[10] H. Li, R. Luo, Modeling the influence of initial geometry on the equilibrium responses of glucose-sensitive hydrogel, Journal of Intelligent Material Systems Structures, 22(8) (2011) 715-722.
10
[11] S.A. Chester, L. Anand, A coupled theory of fluid permeation and large deformations for elastomeric materials, Journal of the Mechanics Physics of Solids, 58(11) (2010) 1879-1906.
11
[12] M. Doi, Gel dynamics, Journal of the Physical Society of Japan, 78(5) (2009) 052001.
12
[13] M. Guenther, G. Gerlach, T. Wallmersperger, Non-linear effects in hydrogel-based chemical sensors: experiment and modeling, Journal of Intelligent Material Systems Structures, 20(8) (2009) 949-961.
13
[14] L. Ionov, Biomimetic hydrogel-based actuating systems, Advanced Functional Materials, 23(36) (2013) 4555-4570.
14
[15] A. Richter, Hydrogels for actuators, in: Hydrogel sensors and actuators, Springer, Berlin, Heidelberg, 2009, pp. 221-248.
15
[16 J.P. Chávez, A. Voigt, J. Schreiter, U. Marschner, S. Siegmund, A. Richter, A new self-excited chemo-fluidic oscillator based on stimuli-responsive hydrogels: mathematical modeling and dynamic behavior, Applied Mathematical Modelling, 40(23-24) (2016) 9719-9738.
16
[17] A.S. Hoffman, Hydrogels for biomedical applications, Advanced drug delivery reviews, 64 (2012) 18-23.
17
[18] M. Sharabi, D. Varssano, R. Eliasy, Y. Benayahu, D. Benayahu, R. Haj-Ali, Mechanical flexure behavior of bio-inspired collagen-reinforced thin composites, Composite Structures, 153 (2016) 392-400.
18
[19] X. Zeng, C. Li, D. Zhu, H.J. Cho, H. Jiang, Tunable microlens arrays actuated by various thermo-responsive hydrogel structures, Journal of Micromechanics Microengineering, 20(11) (2010) 115035.
19
[20] J. Guan, H. He, D.J. Hansford, L.J. Lee, Self-folding of three-dimensional hydrogel microstructures, The Journal of Physical Chemistry B, 109(49) (2005) 23134-23137.
20
[21] M. Baghani, R. Naghdabadi, J. Arghavani, coupled theory for fluid permeation in elastomeric, A large deformation framework for shape memory polymers: Constitutive modeling and finite element implementation, journal of intelligent Material systems structures 24(1) (2013) 21-32.
21
[22] A. Nassiri-monfared, M. Baghani, M.R. Zakerzadeh, P. Fahimi, Developing a semianalytical model for thermomechanical response of SMA laminated beams, considering SMA asymmetric behavior, Meccanica, 53(4- 5) (2018) 957-971.
22
[23] Z. Hu, X. Zhang, Y. Li, Synthesis and application of modulated polymer gels, Science, 1995.
23
[24] J. Abdolahi, M. Baghani, N. Arbabi, H. Mazaheri, Analytical and numerical analysis of swelling-induced large bending of thermallyactivated hydrogel bilayers, International Journal of Solids Structures, 99 (2016) 1-11.
24
[25] J. Abdolahi, M. Baghani, N. Arbabi, H. Mazaheri, Finite bending of a temperaturesensitive hydrogel tri-layer: An analytical and finite element analysis, Composite Structures ,164 (2017) 219-228.
25
[26] M. Guvendiren, J.A. Burdick, S. Yang, Kinetic study of swelling-induced surface pattern formation and ordering in hydrogel films with depth-wise crosslinking gradient, Soft Matter, 6(9) (2010) 2044-2049.
26
[27] M. Guvendiren, J.A. Burdick, S. Yang, Solvent induced transition from wrinkles to creases in thin film gels with depth-wise crosslinking gradients, Soft Matter, 6(22) (2010) 5795- 5801.
27
[28] M. Guvendiren, S. Yang, J.A. Burdick, Swelling-induced surface patterns in hydrogels with gradient crosslinking density, Advanced Functional Materials, 19(19) (2009) 3038- 3045.
28
[29] Z. Wu, N. Bouklas, R. Huang, Swell-induced surface instability of hydrogel layers with material properties varying in thickness direction, International Journal of Solids Structures, 50(3-4) (2013) 578-587.
29
[30] Z. Wu, N. Bouklas, Y. Liu, R. Huang, Onset of swell-induced surface instability of hydrogel layers with depth-wise graded material properties, Mechanics of Materials, 105 (2017) 138-147.
30
[31] Z. Wu, R. Huang, Analytical solution of swellinduced surface instability for graded hydrogel layers, in: ICF13.
31
[32] S. Roccabianca, M. Gei, D. Bigoni, Plane strain bifurcations of elastic layered structures subject to finite bending: theory versus experiments, IMA journal of applied mathematics, 75(4) (2010) 525-548.
32
[33] F. Afroze, E. Nies, H. Berghmans, Phase transitions in the system poly (N-isopropylacrylamide)/water and swelling behaviour of the corresponding networks, Journal of Molecular Structure, 554(1) (2000) 55-68.
33
[34] J. Kierzenka, L.F. Shampine, A BVP solver that controls residual and error, Journal of Numerical Analysis, Industrial and Applied Mathematics, 3(1-2) (2008) 27-41.
34