دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2019 03 25 Three-Dimensional Elastic-Plastic Deformation Analysis of Composite Sandwich Panel under Blast Loading تحلیل سه بعدی تغییر شکل الاستیک – پلاستیک پانل‌های ساندویچی به کار رفته در بدنه شناورها تحت بارگذاری انفجار 1079 1100 3356 10.22060/mej.2019.15065.6013 FA سید علی احمدی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران علی ملکی گروه آموزشی مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران محمد هادی پاشائی صنعتی نوشیروانی بابل*مهندسی مکانیک Journal Article 2018 09 30 A numerical analysis based on the three-dimensional elasticity solution is presented for predicting the plastic deformation of a cylindrical composite sandwich panel. An extended non[1]linear higher-order sandwich panel theory is applied to model core compressible effect. The non-linear governing partial differential equations of motion are discretized and reduced to ordinary differential equations by applying the differential quadrature method and solved using the newmark method. The effects of various parameters including panel dimensions, layers thickness, pulse duration and maximum pressure on the plastic deformation of the panel were investigated. The obtained results using the present method are compared with finite element solutions by commercial software ANSYS and good agreement is demonstrated. It is observed that significantly less computational time and hardware capacity for the proposed method with respect to the finite element solution is required. It was shown that inner layer of sandwich panels are supposed to higher stresses and are more likely places for panel failure. در این مقاله تحلیل تغییر شکل الاستیک-پلاستیک پانلهای ساندویچی به کار رفته در بدنه شناورها تحت بارگذاری انفجار انجام شده است. فرض شده لبه‌های پانل دارای تکیه‌گاه ساده باشند و فشار به صورت یکنواخت بر رویه خارجی آن اعمال گردد. برای صفحات کامپوزیتی داخلی و خارجی پانل ماده اورتتروپ با رفتار الاستیک در نظر گرفته شده است و هسته با مدل الاستیک–پلاستیک کامل دستخوش تغییر شکل می‌گردد. از تئوری غیرخطی مرتبه بالای بهبود داده شده، جهت استخراج معادلات دینامیکی حرکت هسته استفاده شده است. اثر پارامترهای مختلف مانند ابعاد پانل، ضخامت لایه‌ها، مدت زمان نشست بار و دامنه بیشینه بارگذاری بر روی تغییر شکل پلاستیک هسته و شکست صفحات کامپوزیتی مورد توجه قرار داده شده است. نتایج عددی به دست آمده با نتایج حاصل از تحلیل المان محدود در نرمافزار انسیس مقایسه گردید که نشان از دقت و صحت بالای حل ارائه شده دارد. با توجه به نتایج به دست آمده مشخص گردید که درنظر گرفتن تغییر شکل پلاستیک در تحلیل پانل ساندویچی می‌تواند مقادیر متفاوتی از تحمل این پانل‌ها در برابر بارگذاری انفجار حاصل نماید. همچنین نشان داده شد صفحات درونی پانل ساندویچی تنش‌های بزرگتری را تحمل نموده و خرابی پانل در اثر شکست لایه‌ها در این لایه اتفاق خواهد افتاد .

https://mej.aut.ac.ir/article_3356_ac644ffd07cab3402fe6497d566528c4.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2019 02 04 Modeling the Onset and Growth of Damage in Composite Cylinders under Lateral Pressure Loading Between Parallel Plates مدل‌سازی شروع و رشد آسیب در استوانه‌های کامپوزیتی تحت بارگذاری فشار جانبی بین صفحه‌های موازی 1101 1126 3257 10.22060/mej.2019.14646.5905 FA امین داداشی مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران غلامحسین رحیمی مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران Journal Article 2018 06 22 The present study examines the experimental and numerical investigations of the behavior and initiation and the development of the filament wound glass fiber/polyester composite cylinders under the loading of the lateral pressure between the parallel rigid plates. According to ASTM D2412- 02 standard, the samples were organized between the parallel rigid plates under the pressured loading. In addition to conducting experimental tests, numerical simulation was performed using ABAQUS commercial software. In order to take into account the effects of the initiation and the development of damage, the 3D Hashin damage model has been utilized. To apply 3D Hashin damage model, a UMAT subroutine coding procedure was conducted using the Fortran 77 program. Using micro mechanical relations concerning the layers, the definition of mechanical properties and the fracture strength of the composite cylinder were separately obtained based on measuring fiber and resin properties and the relative standard. During the whole tests, experimental observations, including the level of failure due to loading and the cause of the occurrence of different mechanisms of damage, have been discussed. Comparison of the results of the experimental tests with the result of numerical simulation has an appropriate agreement with each other. مقاله حاضر به بررسی تجربی و عددی رفتار و چگونگی شروع و رشد آسیب در استوانه‌های کامپوزیتی رشته پیچی شده با زاویه‌ی پیچش 75± درجه با الیاف شیشه‌ای/ پلی‌استر تحت بارگذاری فشار جانبی بین صفحه‌های صلب موازی می‌پردازد. نمونه‌ها تحت بارگذاری فشاری بین صفحه صلب موازی طبق استاندارد آ.اسِ.تی.امِ دی2412-02 قرار گرفتند. شبیه‌سازی عددی با استفاده از نرم‌افزار آباکوس انجام گرفت. به منظور لحاظ اثرات شروع و رشد آسیب، مدل آسیب هاشین 3 بعدی استفاده شده است. جهت اعمال مدل آسیب هاشین 3بعدی، با بهرهگیری از نرمافزار برنامه‌نویسی فرترن 77 زیر برنامه‌ای در قالب یومَت کد نویسی گردید. تعریف خواص مکانیکی و استحکام‌های شکست استوانه کامپوزیتی، بر اساس اندازه‌گیری خواص الیاف و رزین به طور جداگانه طبق استانداردهای مربوطه و با استفاده از روابط میکرومکانیک لایه‌ها انجام گرفت. در تمامی آزمایش‌های انجام شده مشاهدات تجربی شامل سطح شکست به وجود آمده در اثر بارگذاری و علت وقوع مکانیزم‌های مختلف آسیب ایجاد شده مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. مقایسه نتایج حاصل از آزمایش‌های تجربی با نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی توافق مناسبی با یکدیگر دارند. بنابراین مدل‌سازی انجام شده قابلیت پیشبینی مناسب رفتار استوانه کامپوزیتی تحت شرایط بارگذاری مورد بررسی را داراست .

https://mej.aut.ac.ir/article_3257_524d371422a10ff540d4491e6045aabb.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2019 02 13 Experimental and Simulation Study on the Warpage of Polyamide 6 Based on Thermo Mechanical Behavior of Material Using Uniaxial Tensile Test بررسی تجربی و شبیه‌سازی اعوجاج پلی آمید 6 بر اساس رفتار ترمومکانیکی بدست آمده از تست کشش تک محوره 1127 1138 3289 10.22060/mej.2019.15196.6057 FA امید ایزدی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان پیمان مصدق صنعتی اصفهان*مهندسی مکانیک Journal Article 2018 10 28 This research focuses on investigating the time-dependent behavior of polyamide 6 and using the generalized Maxwell model for prediction of this behavior. To achieve this goal, tensile specimens are manufactured via injection molding process and then are tested based on stress relaxation trials. Moreover, two specimens manufactured with different mold temperatures are tested to investigate the effect of the mold temperature on the time-dependent behavior of this kind of polymer. Finally, to evaluate the ability of the generalized Maxwell model to predict the time-dependent behavior of polyamide 6 correctly, a finite element simulation is carried out via a link between the Moldflow and ABAQUS software. In these simulations, the amount of warpage occurring in the specimen obtained from this model is compared with experimental finding. The results show that the mold temperature has a negligible effect on the time-dependent behavior of this polymer and also, there is a good agreement between simulation and experimental results of warpage with a mean error of 13%. Therefore, the generalized Maxwell model is good enough to predict the time-dependent behavior of polyamide 6. On the other hand, this methodology can be used prior to making real parts to prevent the high cost of manufacturing. این تحقیق به بررسی رفتار وابسته به زمان پلیآمید 6 و همچنین بررسی مدل کلی ماکسول جهت بیان این رفتار می‌پردازد. به همین منظور، نمونه‌های کشش توسط قالب‌گیری تزریق پلاستیک ساخته و براساس آزمایش رهایی از تنش، مورد آزمایش قرار می‌گیرند. همچنین برای بررسی تاثیر دمای قالب بر خواص وابسته به زمان این پلیمر، دو نمونه با دماهای قالب مختلف ساخته و مورد آزمایش قرار می‌گیرند. در پایان برای اعتبارسنجی مدل کلی ماکسول برای بیان درست رفتار وابسته به زمان پلیمر، یک شبیه‌سازی به روش المان محدود با ارتباط دو نرم‌افزار مولدفلو و آباکوس انجام گردیده که میزان اعوجاج نمونه حاصل از ضرایب استخراج شده از این مدل با میزان اعوجاج نمونه در عمل مقایسه می‌گردد. نتایج نشان می‌دهد که دمای قالب اثر کمی بر خواص وابسته به زمان این پلیمر دارد و همچنین مقایسه میزان اعوجاج نمونه بین شبیه‌سازی و تجربی که اختلاف 13 درصد با هم دارند، نشان می‌دهد که مدل کلی ماکسول به خوبی رفتار وابسته به زمان پلیآمید 6 را بیان می‌کند. لذا با توجه به اعتبارسنجی شبیه‌سازی با نمونه تجربی، این شبیه‌سازی می‌تواند جهت پیش‌بینی میزان اعوجاج نمونه و بررسی اثر پارامترهای فرآیندی مختلف بر رفتار آن قبل از تولید و صرف هزینه، استفاده گردد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3289_401653067df83ad306c45cf5a286c01e.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2018 12 21 Experimental and Numerical Investigation of Initial Notch Radius Effect on Charpy Fracture Energy in API X65 Steel بررسی آزمایشگاهی و شبیه‌سازی کامپیوتری اثر شعاع شیار بر انرژی شکست شارپی در فولاد ایکس شصت و پنج 1139 1152 3204 10.22060/mej.2018.14130.5804 FA امیررضا شاهسونی مهندسی مکانیک، فنی مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران سید حجت هاشمی مهندسی مکانیک، فنی مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران Journal Article 2018 02 24 Different factors such as initial notch angle, notch depth, notch root radius, notch, specimen size, hammer geometry, striker velocity, and initial notch creation method (i.e. broaching and machining), influence the experimental determination of Charpy impact energy. Thus, the study of the influence of these parameters on Charpy fracture energy is important. In the present research, Charpy impact experiments are conducted on test specimens made from API X65 steel (used for gas transportation pipelines). The tests samples have a standard size with different notch radius (within the range of 0.13 - 0.41 mm). By measurement of fracture energy, Charpy impact energy is determined as a function of variations of the initial crack radius. Through having geometrical dimensions of the initial notch and considering the stated standard tolerance the aforementioned function allows the determination of measurement error of API X65 steel Charpy impact energy. Then, the test samples are modeled as 3D in ABAQUS using Gurson damage theory. The comparison of test and simulation results for different notch radius are presented in compared. عوامل متعددی به عنوان مثال زاویه شیار اولیه، عمق شیار، شعاع ریشه شیار، ابعاد نمونه، هندسه و سرعت ضربه چکش و روش ایجاد شیار اولیه (مانند خان‌کشی یا ماشین‌کاری)؛ در تعیین تجربی انرژی شکست شارپی دخالت دارند. مطالعه تاثیر این پارامترها بر انرژی شکست شارپی اهمیت دارد. درتحقیق حاضر، آزمایش ضربه شارپی روی نمونه ساخته شده از فوالد ایکس شصت و پنج انجام شد (مورد استفاده در خطوط لوله انتقال گاز). انرژی شکست نمونه‌های استاندارد با شعاع شیار متفاوت ( از بازه 0/13 تا 0/41 میلی‌متر) اندازه‌گیری شد. ارتباط تغییرات انرژی ضربه شارپی با شعاع شیار اولیه تعیین گشت. با استفاده از این رابطه می‌توان با معلوم بودن ابعاد هندسی شیار اولیه با احتساب تلرانس‌های مجاز قید شده در استاندارد، میزان خطا در اندازه‌گیری انرژی شکست شارپی فوالد آزمایش شده را تعیین نمود. علاوه بر آن، نمونه‌های آزمایش ضربه در نرمافزار آباکوس توسط مدل آسیب گرسون به صورت سه‌بعدی شبیه‌سازی شد. سپس نتایج آزمایشگاهی و شبیه‌سازی ارائه شده برای شعاع شیار مختلف مقایسه شد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3204_d5c81fd1067fcd971ec85cb8175207cc.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2019 02 08 Discrete Element Method Simulation of Crack Propagation in Brittle Coatings شبیه‌سازی المان گسسته گسترش ترک در پوشش‌های ترد 1153 1166 3282 10.22060/mej.2019.15054.6014 FA محمد امین قاسمی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران سیدرضا فلاحتگر دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران Journal Article 2018 09 30 Coatings are used in different industries in order to improve the surface properties in components and instruments. In some situations, such as improving the wear resistance of an instrument, brittle coatings have been considered. Dominant failure mode in these structures is crack initiation and propagation. So, investigating the fracture behavior of these structures is of great importance. In this paper, the discrete element method is used to simulate the crack initiation and propagation in coating/substrate structures. This method has a great ability to predict damage initiation and propagation in structures. For this purpose, a discrete element solver code is written by authors. Brittle elastic behavior is considered in coating and substrate and the effect of elastic mismatch in constituents of structure and the coating thickness in damage initiation and propagation were investigated. The results showed that in structures in which coating stiffness is less than substrate stiffness, in the case of the low thickness of the coating, damage appears as crack initiation and propagation into the substrate but, by increasing the coating thickness, the crack grows into or parallel to the interface. In structures in which the coating stiffness is greater than substrate stiffness, no matter to the coating thickness, the crack grows to the substrate. پوشش دهی قطعات و اجزاء در صنایع مختلف برای بهبود خواص سطح آنها انجام می‌شود. در این بین ، پوشش‌های ترد در کاربردهایی نظیر افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حرارت بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. مود آسیب غالب در این ساختارها، ایجاد و گسترش ترک است، از اینرو بررسی رفتار شکست در این ساختارها از اهمیت ویژهای برخوردار است. در این مقاله، از روش المان گسسته برای شبیه‌سازی فرآیند ایجاد آسیب اولیه و گسترش آن در ساختارهای شامل پوشش و بستر، به دلیل قابلیت بالای آن در پیش‌بینی این فرآیند، استفاده شد. رفتار پوشش و بستر به صورت ترد الاستیک در نظر گرفته شد و اثر پارامترهای اختلاف ضرایب الاستیک اجزای تشکیل دهنده و ضخامت پوشش بر گسترش آسیب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد، در ساختارهایی که سفتی پوشش به مراتب کمتر از سفتی بستر است، در ضخامت‌های کم پوشش، مود غالب آسیب، ایجاد ترک و گسترش آن به داخل بستر است، در حالی‌که با افزایش ضخامت پوشش، گسترش ترک به داخل و یا به موازات فصل مشترک بین پوشش و بستر اتفاق می‌افتد. اما در ساختارهایی که در آن سفتی پوشش بزرگتر از بستر است، بدون توجه به ضخامت پوشش، گسترش آسیب به داخل بستر نفوذ می‌نماید.

https://mej.aut.ac.ir/article_3282_4839e21a143ca9004adf4437c6c41d07.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2019 01 30 Investigation of Fatigue Crack Growth in Superelastic NiTi Alloy by Using Digital Image Correlation Method بررسی رشد ترک خستگی در آلیاژ سوپرالاستیک نیکل-تیتانیوم با استفاده از روش انسجام تصویر دیجیتالی 1167 1178 3254 10.22060/mej.2019.14153.5813 FA بابک کتانچی گروه مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند تبریز، تبریز، ایران نقدعلی چوپانی مهندسی مکانیک / دانشگاه صنعتی سهند تبریز جعفر خلیل علافی مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران مصطفی باغانی استادیار دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران Journal Article 2018 03 06 In recent years, shape memory alloys, especially NiTi, have received a great deal of attention in industrial applications. Martensitic phase transformation in shape memory alloys is the most important factor in their unique behavior. In this paper, the formation of stress-induced martensite phase in the crack tip of superelastic NiTi (50.8% Ni) samples was investigated by using the digital image correlation method. In particular, single edge cracked specimens were subjected to fatigue mechanical loading, then the crack length and also displacement fields at the crack tip of specimens were measured by the digital image correlation technique. Control of the crack length was performed using a high magnification camera during the fatigue test. In the following, stress intensity factors were calculated according to ASTM standard E647-15. Obtained results from the fracture analysis show that fatigue threshold values are decreased with increasing the load ratio. In the present paper, for a load ratio of 0.05, during the crack propagation, the fatigue threshold value is 17 MPa m1/2, while stress intensity factor is estimated about 35 MPa m1/2 before the final failure. Also, as a new method in observation of the phase transformation, digital image correlation pictures indicated the formation of stress-induced martensite at the specimen crack tip. در سال‌های اخیر، آلیاژهای حافظه‌دار، به‌ویژه آلیاژ نیکل- تیتانیوم مورد توجه صنایع بسیاری قرار گرفته‌اند. پدیده تغییر فاز مارتنزیتی در آلیاژهای حافظه‌دار، مهمترین عامل در بروز رفتار منحصر به فرد آنها می‌باشد. در این مقاله، تشکیل مارتنزیت متاثر از تنش در نوک ترک نمونه‌های سوپراالستیک نیکل-تیتانیوم ( % 50/8 نیکل) به کمک روش انسجام تصویر دیجیتالی مورد بررسی قرار گرفت. به طور خاص، نمونه‌های ترک لب‌های تحت بارگذاری مکانیکی خستگی قرار گرفتند و اندازه طول ترک و همچنین میدان‌های جابجایی در نوک ترک نمونه‌ها به کمک تکنیک انسجام تصویر دیجیتالی اندازه‌گیری و محاسبه شدند. کنترل طول ترک در طی آزمایش خستگی، با استفاده از دوربینی با بزرگنمایی بالا انجام شد. در ادامه، ضرایب شدت تنش بر اساس استاندارد آ.اِس.تی.اِم ای647-15 بدست آمدند. نتایج بدست آمده از تحلیل شکست نمونه‌ها نشان می‌دهند که با افزایش نسبت بار، مقادیر ضریب شدت تنش آستانه خستگی کاهش پیدا می‌کنند. در مقاله حاضر، برای نسبت بار 0/05 در طی فرآیند رشد ترک، مقدار آستانه خستگی برابر با 2/m1.MPa 17 2/m1.MPa 35 برآورد شد. همچنین، می‌باشد، در حالیکه مقدار ضریب شدت تنش، پیش از گسیختگی نهایی در حدود به عنوان روشی نوین در مشاهده پدیده تغییر فاز مارتنزیتی، تصاویر بدست آمده از تحلیل انسجام تصویر دیجیتالی، تشکیل مارتنزیت متاثر از تنش در نوک ترک نمونه‌ها را نشان دادند.

https://mej.aut.ac.ir/article_3254_941cbf6b01a2aa28dc99ca56463362f4.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2019 02 17 Failure Analysis of Glass Fiber Reinforced Plastic Pipes and Crack Inlet Opening with J-Integral Criteria Under Internal Pressure تحلیل شکست لوله‌های کامپوزیتی تقویت شده با الیاف شیشه و بازشدگی دهانه ترک با معیار انتگرال J تحت فشار داخلی 1179 1192 3304 10.22060/mej.2019.14708.5947 FA امیر خدابخشی گروه مهندسی مکانیک، فنی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران حسن اسدی گیلاکجانی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه گیلان، رشت Journal Article 2018 08 08 Inspection of the damage caused by glass fiber reinforced plastic tubes, which are subjected to internal pressure due to different angles that can be exposed under the creep phenomenon in the long-term, has not been sufficiently considered. Therefore, in the present research, it has been tried to simulate the fracture by Tsai-Wu, Hashin criterions and the crack inlet opening with J-integral criterion in these pipes with different layering at internal pressure using finite element method and ABAQUS. The results of this research show that the fibers under compressive and tensile stress and the resin of tube have not fractured by tensile stress, but the fracture has occurred in the resin of composite tubes that were under pressure. According to the results, the fracture index is less than one for each of ten layers, when layering angle varies from 5 [(±30) ] to 5 [(±60) ] , but the fracture index is more than one, layering decoration for 5 [(±70) ] , 5 [(±80) ] and 5 [(±90) ] of composite tubes has been fractured. However, the value of the stress intensity factor was immediately decreased for layering decoration angle of 5 [(±55) ] , but this factor has improved when layering angle increased امروزه، با توجه به معایب گسترده‌ی لوله‌های فلزی نظیر خوردگی از داخل و خارج، عدم شکل‌پذیری آسان، رسوب‌پذیری زیاد بدلیل زبری زیاد جداره‌ی داخلی و جذب زیاد املاح، افت فشار بالا بدلیل ناصافی سطح داخلی، وزن زیاد و مشکلات نصب و عمر کم و ... استفاده‌ی روزافزون از لوله‌های پلیمری در حوزه‌ی وسیعی از خطوط لوله‌ی شهری، صنعتی، دریایی، حفاری و کشاورزی مورد توجه قرار گرفته است. بررسی میزان آسیب وارد بر لوله‌های کامپوزیتی تقویت شده با الیاف شیشه تحت زوایای مختلف در اثر فشار داخلی که در درازمدت در اثر پدیده‌ی خزش ممکن است دچار شکست شوند کمتر مورد توجه قرار گرفته است. از این‌رو، در تحقیق حاضر به شبیه‌سازی شکست با معیارهای تسای-وو و هاشین با روش اجزاء محدود و با استفاده از نرم‌افزار آباکوس و همچنین بازشدگی دهانه‌ی ترک در اثر فشار داخلی در این لوله‌ها با لایه‌چینی‌های مختلف با معیار انتگرال J پرداخته شده است. نتایج تحقیق حاضر نشان می‌دهد که زمینه‌ی لوله‌ی کامپوزیتی تحت کشش و الیاف این لوله که تحت فشار و کشش قرار دارند دچار شکست نشده اما زمینه‌ی لوله‌ی کامپوزیتی تحت فشار، دچار شکست شده است. با توجه به نتایج بدست آمده برای هر ده لایه در زوایا‌ی لایه‌چینی از [(30)]تا[(60)] میزان شاخص شکست کمتر از یک است اما، در آرایش‌های‌ لایه‌چینی ‌[(70)]، [(80)]و [(90)] مقدار این شاخص بیشتر از یک بوده در نتیجه، لوله‌ی کامپوزیتی دچار گسیختگی ‌شده است. همچنین، ضریب شدت تنش در زاویه‌ی لایه‌چینی [(55)] دچار افت ناگهانی شده اما با افزایش زاویه، مقدار این ضریب افزایش یافته است.

https://mej.aut.ac.ir/article_3304_b020f204907d337fffef96d13362ead4.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2019 01 15 On the Fretting Fatigue Behavior of the Cold Expanded Aluminum Alloy 2024-T3 Plates بررسی رفتار خستگی سایشی در ورقهای سوراخ دار آلومینیوم 2024-تی 3 تقویت شده با روش انبساط سرد 1193 1212 3233 10.22060/mej.2019.14449.5865 FA تاج بخش نوید چاخرلو تبریز*مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز پویا شهریاری گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران Journal Article 2018 05 19 Cold expanded holed plates are widely used in bolted joints which are subjected to clamping force. Previous studies on the effect of clamping force together with cold expansion on the fatigue behavior of the bolted joints revealed that the size of cold expansion has a great influence on the fatigue durability of these joints due to the increase of the possibility of fretting fatigue occurrence. For better understanding this phenomenon, it is necessary to have detailed information about the effect of cold expansion on frictional force evolution during fatigue loading and the resulting stress field around the stress concentration zone. Therefore, in this paper, the fretting fatigue testing apparatus was designed and fabricated for conducting fretting fatigue tests on the cold expanded specimens. Moreover, finite element simulation was used for evaluation of the residual stress distribution due to cold expansion and its effect on the fretting fatigue behavior of the joint. Smith-Watson-Topper multiaxial fatigue parameter was engaged for comparing the fatigue durability of the test specimens. The obtained results indicated that the cold expansion process reduces the stress concentration effect near the hole edge while it increases the possibility of fretting fatigue occurrence by generating tensile residual stress at areas away from the hole edge. ورق‌های دارای انبساط سرد به صورت گسترده در اتصاالت پیچ و مهره که تحت نیروی پیشبار می‌باشند، بکار می‌روند. مطالعات گذشته در مورد تاثیر انبساط سرد و نیروی پیش‌بار بر روی رفتار خستگی در اتصالات پیچ و مهره نشان داده‌اند که میزان درصد انبساط سرد به صورت قابل توجهی بر روی رفتار خستگی اتصالات تاثیرگذار بوده و احتمال وقوع خستگی سایشی را افزایش می‌دهد. برای درک بهتر این پدیده لازم است تا اطلاع دقیق‌تری در مورد تاثیر انبساط سرد بر روی تغییرات نیروی اصطکاک در طول بارگذاری خستگی سایشی و تاثیر آن بر روی توزیع تنش در نواحی اطراف محل تمرکز تنش بدست آورد. بدین منظور در این مقاله، با طراحی دستگاه مناسب، شرایط بارگذاری خستگی سایشی بر روی ورقه‌ای سوراخدار ایجاد شده و نمونه‌های دارای انبساط سرد تحت شرایط بارگذاری مختلف قرار گرفته‌اند. همچنین از شبیه‌سازی عددی به منظور تخمین توزیع تنش‌های پسماند ناشی از انبساط سرد و بررسی تاثیر آن بر روی رفتار خستگی سایشی استفاده شده است. جهت مقایسه مقاومت خستگی سایشی در نمونه‌های مختلف از پارامتر اسمیت واتسون تاپر استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می‌دهند که انجام انبساط سرد تاثیر تمرکز تنش را در نواحی نزدیک به سوراخ کاهش می‌دهد. این در حالی است که در نواحی دورتر از سوراخ به دلیل ایجاد تنش‌های پسماند کششی احتمال وقوع خستگی سایشی را افزایش می‌دهد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3233_5b6490db7f74b826324fdcb6c6e180dc.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2018 12 19 Analysis of the Wear of Railway Turnouts in a Combined Method and Hardening Model تحلیل پدیده سایش در طول سوزن‌های ریلی با استفاده از تکنیک ترکیب نرم‌افزاری و بررسی پارامترهای موثر 1213 1228 3190 10.22060/mej.2018.14620.5899 FA مجید شهروی علم و صنعت ایران احمدرضا شاه ملاقمصری دانشجوی ارشد گرایش مهندسی ماشین های ریلی دانشکده راه آهن دانشگاه علم صنعت تهران،ایران احمدرضا اکبری دانشجوی ارشد گرایش مهندسی ماشین های ریلی دانشکده راه اهن دانشگاه علمو صنعت ایران Journal Article 2018 06 19 Nowadays, the increase in axial load and speed in railway transportation systems has increased the amount of pressure applied to the surface and energy loss and has caused severe wear of turnout profiles, especially in turnout intersections. One of the major financial and physical losses to the country’s railway is the train derailment in the turnout intersections. Due to the importance of turnout, it has been tried to study the role of damages caused by turnout wear of railway system and explain the necessity for such research, particularly in Iran, by studying this phenomenon and examining the ruling theories as well as collecting information. In fact, these studies are the starting point for a more precise investigation into this phenomenon. In the following, the movement of the train on a turnout is simulated in the universal mechanism software and the amount of force applied to the turnout and the wear energy is extracted. Furthermore, the effect of different parameters such as speed, axial load, friction coefficient, arc radius, and turnout profile on the rate of wear will be investigated. Then the turnouts are modeled on CATIA software and the forces extracted from the universal mechanism simulation are exerted to the turnout in the finite element method software, and the stress, strain, and deformation of the turnouts are investigated امروزه بالا رفتن بار محوری و سرعت در سیستم‌های حمل ونقل ریلی بسیار مورد توجه است که منجر به افزایش مقدار فشار وارد به مسیر، انرژی تلف شده و سایش شدید می‌گردد. سوزن‌ها در حمل و نقل ریلی از مهمترین عناصر در تسهیل رفت و آمد و افزایش ظرفیت مسیر تلقی می‌شوند. در کنار این، یکی از سوانحی که بیشترین آسیب‌های مالی و جانی برای راه‌آهن کشورها به همراه دارد؛ خروج از خط ناوگان در محل تقاطع سوزن‌ها، به علت خرابی سوزن و تغییر شکل پروفیل آن است. با توجه به اهمیت بالای سوزن، این پژوهش با در نظر گرفتن تئوری‌های حاکم، همچنین جمع‌آوری اطلاعات و استفاده از ترکیب دو نرم‌افزار برای بهبود و تسهیل مدل‌سازی، به بررسی سایش و تغییرشکل در کل مسیر سوزن و به طور خاص سوزن مورد استفاده در سیستم حمل و نقل ریلی ایران می‌پردازد. در این مقاله با بررسی پیشینه پژوهش‌های انجام شده، تکنیکی جدید، مبتنی بر مکان بیشترین نیرو و مقدار آن مورد استفاده قرار گرفته است تا علاوه بر یافتن تغییرشکل ساختار و میزان انرژی سایش در کل حرکت مسیر، با درنظر گرفتن اثرات سرعت، بارمحوری و پروفیل سوزن در کنار سخت شوندگی ایزوتزوپیک و جنبشی، نقاط بحرانی را شناسایی کرده و حجم محاسبات را کاهش دهد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3190_98a84508ca10fcf440a038a0d6aff53a.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2018 12 19 Derivation of Explicit Relationships in the Determination of the Natural Frequency of Euler-Bernoulli Cracked Beams on Elastic Foundation the Using Rayleigh Method استخراج روابط صریح در تعیین فرکانس طبیعی تیر اویلر-برنولی دارای ترک روی بستر الاستیک با استفاده از روش رایلی 1229 1244 3194 10.22060/mej.2018.14885.5968 FA علی علی جانی استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد بندر انزلی، بندر انزلی، ایران 0000-0001-7782-9026 مرتضی خمامی ابدی مهندسی عمران-سازه، دانشگاه گیلان، رشت، Journal Article 2018 08 25 In this paper, an approximate solution based on the Rayleigh’s method is sought to analyze the vibration behavior of Euler-Bernoulli cracked beam resting on an elastic foundation. The modeling of the elastic foundation is implemented using the Winkler elastic spring theory and the stiffness factor of the elastic spring is specified corresponding to material characteristics of the elastic foundation. The Dirac’s delta function is used to apply the crack opening mode in the equation of the Rayleigh in which the factor of this function can be identified in terms of the stiffness factor of an equivalent rotational spring by considering material and geometric parameters of the crack. In the present analysis, explicit relationships are originally established to obtain the natural frequency in three boundary conditions of simply supported-simply supported, clamped-free and clamped-clamped. In this method, the natural frequency of the first mode is determined as the ratio of the maximum enriched potential energy to the maximum kinetic energy. Based on these relationships, the effects of the crack depth, the crack location and the elastic foundation on the response of natural frequency of the beam are investigated. The results of the analysis demonstrate that increasing the crack depth decreases the natural frequency of the beam containing the crack; while the elastic foundation increases the natural frequency of the cracked beam. The comparison of the results of proposed relations with those of full modeling of the structure in ABAQUS software shows a reasonable accuracy of the present analysis. در این مقاله، یک حل تقریبی بر مبنای روش رایلی، برای تحلیل رفتار مودال تیر اویلر-برنولی دارای ترک روی بستر الاستیک ارائه می‌شود. مدل‌سازی بستر الاستیک با استفاده از تئوری فنر ارتجاعی وینکلر انجام و میزان سفتی فنر، متناظر با خواص مادی بستر الاستیک مشخص می‌گردد. تابع دلتای دیراک برای اعمال مود باز شدگی ترک در معادله رایلی بکار گرفته می‌شود که در آن ضریب مربوط به این تابع می‑تواند برحسب ضریب سفتی یک فنر پیچشی متناظر و با درنظر گرفتن پارامترهای مادی و هندسی ترک مشخص گردد. در تحلیل حاضر، روابط صریح جدیدی برای محاسبه فرکانس طبیعی تیر دارای ترک روی بستر الاستیک در سه شرط مرزی ساده-ساده، گیردار-گیردار و گیردار-آزاد ارائه می‌شود. در این روش، فرکانس طبیعی در مود اول ارتعاش تیر دارای ترک روی بستر الاستیک به صورت نسبت انرژی پتانسیل غنی شده ماکزیمم و انرژی جنبشی ماکزیمم تعیین می‌گردد. اثرات عمق ترک، محل ترک و بستر الاستیک روی پاسخ فرکانس طبیعی تیر بر پایه روابط استخراج شده بررسی می‌شود. نتایج تحلیل‌ها نشان می‌دهد که با افزایش عمق ترک، فرکانس طبیعی تیر ترک‌خورده کاهش می‌یابد؛ درحالی که بستر الاستیک موجب افزایش فرکانس طبیعی تیر دارای ترک می‌شود. مقایسه نتایج روابط پیشنهاد شده با نتایج مدل‌سازی کامل سازه در نرم‌افزار آباکوس نشان می‌دهد که تحلیل حاضر از دقت مناسبی برخوردار است.

https://mej.aut.ac.ir/article_3194_1523e4d710bbc79dd8a28ce4bd09447b.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2018 11 21 Application of a Superelement in Static and Vibration Analysis of Piezoelectric Hollow Cylinders کاربرد یک سوپرالمان در تحلیلهای استاتیکی و ارتعاشی استوانه های توخالی ساخته شده از مواد پیزوالکتریک 1245 1256 3141 10.22060/mej.2018.14729.5924 FA افشین تقوایی پور دانشگاه صنعتی امیرکبیر 0000-0002-0787-0979 محمدتقی احمدیان دانشگاه صنعتی شریف Journal Article 2018 07 19 In this study, static and vibration analyses of cylindrical piezoelectric structures by means of superelements are targeted. In this regard, the cylindrical superelement is modified in order to be used in the analysis of hollow cylinders made of piezoelectric materials. At first, the cylindrical superelement, which was previously defined in the literature, is introduced. Next, the calculation of stiffness and mass matrices of piezoelectric structures in finite element analysis is briefly reviewed, and then, a piezoelectric cylindrical superelement is developed. In order to verify the accuracy of the defined element, two case studies are analyzed by means of the defined superelement, and the results are compared with the ones obtained by a commercial finite element software. In the end, the piezoelectric superelement is further modified to be used in static and vibration analyses of hollow cylinders which are made of functionally graded piezoelectric materials. Also, in this case, two classical problems are analyzed with the defined element. In both piezoelectric and functionally graded piezoelectric material cases, the results show appropriate compatibility with the ones obtained by the conventional elements. هدف از این مقاله تعریف یک سوپرالمان برای استفاده در تحلیل‌های استاتیکی و ارتعاشی استوانه‌های ساخته شده از مواد پیزوالکتریک می‌باشد. بدین ترتیب ابتدا به معرفی یک سوپر المان استوانه‌ای که پیش از این در تحلیل‌های استاتیکی و ارتعاشی سازه‌های استوانه‌ای توخالی ارائه گردیده بود، پرداخته می‌شود. سپس این المان جهت استفاده در تحلیل سازه‌های استوان‌های ساخته شده از مواد پیزوالکتریک تعمیم داده می‌شود. در این راستا، ابتدا به بررسی روابط المان محدود مربوط به مواد پیزوالکتریک و استخراج ماتریس‌های سختی و جرم مرتبط با این مواد پرداخته می‌شود. سپس با استفاده از مفهوم سوپر المان و ماتریس‌های بدست آمده، سوپرالمان استوانه‌ای پیزوالکتریک ارائه می‌گردد. در نهایت به منظور صحت‌سنجی المان تعریف شده، این سوپر المان جهت تحلیلهای استاتیکی و ارتعاشی سازه‌ای استوانه‌ای ساخته شده از مواد پیزوالکتریک مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین، نتایج بدست آمده از روش سوپرالمان با آنچه از نرم افزار انسیس و با استفاده از المان‌های موجود مقایسه می‌شود. یکی از مهم‌ترین نقاط قوت المان تعریف شده در مواردی است که خواص ماده در راستای شعاعی تغییر می‌نماید. بدین ترتیب، درانتها توانایی سوپرالمان تعریف شده در تحلیل‌های استاتیکی و ارتعاشی سازه‌های استوانه‌ای ساخته شده از مواد پیزوالکتریک هدفمند نیز مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

https://mej.aut.ac.ir/article_3141_ca91ace18933ce84bceace15ebf92e80.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2019 01 15 Experimental and Numerical Investigation of Width Reduction Effect on the Output Power of Piezoelectric Energy Harvester Beam بررسی تجربی و عددی اثر کاهش عرض بر توان خروجی تیر برداشت‌کننده انرژی پیزوالکتریک 1257 1272 3234 10.22060/mej.2019.14887.5970 FA سعید منصوری دانشگاه امام حسین(ع) دانشکده فنی و مهندسی روح اله حسینی دانشگاه امام حسین(ع)، دانشکده فنی و مهندسی Journal Article 2018 08 26 Considering that global energy resources are decreasing, energy harvesting from the environment has become more important. One of the most important methods of power scavenging from environmental vibrations is energy harvesting using piezoelectric materials, and researchers have recently focused on optimizing this type of energy harvesters. In this paper, the effect of decreasing beam width on the amount of harvested energy from an oscillating piezoelectric cantilever beam is investigated using experimental and numerical methods. In this study, one of the newest piezoelectric materials called electro active paper cellulose has been utilized. At first, a fixed-width beam was investigated, and then two beams with half-width of the initial beams were analyzed in series and parallel connections with the same boundary conditions, and in the next stage, the unit cantilever was divided into three equal parts and serial and parallel states of these beams have been investigated and the results are compared with laboratory data. It is seen that if the width of a beam is divided into several equal parts and some beams with fewer width and series connection are utilized, amount of harvested energy is significantly greater than the initial beam. با توجه به کاهش منابع انرژی جهان، برداشت انرژی ارزان از محیط پیرامون اهمیت زیادی پیدا کرده است. از مهم ترین روش های برداشت انرژی، برداشت انرژی از مواد پیزوالکتریک می باشد و اخیرا محققان بر روی بهینه سازی این نوع برداشت‌کننده‌های انرژی متمرکز شده اند. در این مقاله به بررسی تجربی و عددی اثر کاهش عرض تیر بر میزان برداشت انرژی از تیر یکسرگیردار حامل پیزوالکتریکی که حرکت هارمونیک دارد، پرداخته شده است. در این پژوهش از یکی از جدیدترین مواد پیزوالکتریک بنام الکترو-اکتیو پیپر سلولزی استفاده شده است. در ابتدا یک تیر با عرض ثابت مورد بررسی قرار گرفته و سپس دو تیر یکسردرگیر متصل بصورت سری و موازی که عرض هر کدام نصف عرض تیر اولیه می‌باشند، مورد تحلیل واقع شده‌اند و در مرحله بعدی تیر واحد را به سه قسمت مساوی تقسیم کرده و حالات سری و موازی این تیرها مورد بررسی قرار گرفته‌اند و نتایج عددی با داده‌های آزمایشگاهی مقایسه شده اند. ملاحظه می‌شود که اگر عرض یک تیر را به چند قسمت مساوی تقسیم کرده و چند تیر با عرض کمتر ایجاد شود و بصورت سری به یکدیگر متصل گردند، میزان برداشت انرژی در این حالت از تیر واحد اولیه به طور قابل توجهی بیشتر خواهد بود.

https://mej.aut.ac.ir/article_3234_ee07dfc6f6759eebb042ae0fe91b19e2.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2019 01 28 Design and Simulation of a Dual-State Quartz Resonator Force Sensor طراحی و شبیه سازی حسگر نیروی دو حالته کوارتزی 1273 1284 3250 10.22060/mej.2019.14857.5960 FA محمد مصطفی محمدی گروه مهندسی مکانیک/دانشکده فنی/ دانشگاه زنجان Journal Article 2018 08 19 Quartz crystal is a piezoelectric material which is used as the sensing element in resonator load cells and temperature sensors. In the resonator force sensors, upon force-frequency effect, the resonance frequency of the quartz crystal is changed when the crystal is subjected to external forces. The amount of frequency shift depends on the temperature of the crystal. In this article, a new quartz resonator force sensor is designed and simulated. The sensor is working based on the force[1]frequency effect and has two working states with different loading conditions. At the first state, the force sensitivity of the sensor is maximum, and at the second loading state, the temperature effect on the force sensitivity may be minimum. The frequency shift of the load sensor is calculated by the combination of the mathematical modelling and finite element method. The simulations are performed at a temperature range of (0-100 °C). The effect of force azimuth angles and the length of flats of the resonator disk on the force sensitivity and temperature error of the sensitivity are evaluated. The designed double state sensor gives us the opportunity to increase the resolution and precision of force measurement at room temperature, and reduce the thermal error at other temperatures. کریستال کوارتز مادهای پیزوالکتریک است و با اعمال ولتاژ متناوب، می‌توان در آن ارتعاش مکانیکی ایجاد کرد. فرکانس طبیعی این ارتعاش با اعمال تنش و تغییر دمای کریستال تغییر می‌کند. به همین علت از این کریستال در ساخت انواع نیروسنج‌ها و حسگرهای دمایی استفاده می‌شود. در این مقاله یک حسگر نیروی دیجیتال بر اساس اثر نیرو-فرکانس در کریستال کوارتز با برش آ.تی طراحی و شبیه‌سازی شده است. این حسگر در دو مود کاری قابل فعال‌سازی است. در مود اول، حساسیت حسگر نسبت به نیرو بیشینه است. در مود دوم خطای دمایی حسگر کاهش می‌یابد. خروجی حسگر با ترکیب روش المان محدود و مدل‌سازی ریاضی بدست آمده است. جهت ارزیابی مدل از مطالعات تجربی پیشین درباره ضریب نیرو فرکانس استفاده شده است. همچنین اثر زوایا و طول لبه تکیه‌گاه‌های اعمال نیرو بر خطای دمایی حسگر و حساسیت آن در مودهای کاری بررسی شده است. خروجی حسگر در بازه دمایی صفر الی صد درجه سانتیگراد بدست آمده است. حسگر دو حالته طراحی شده، امکان افزایش تفکیک پذیری و دقت اندازه‌گیری را در دمای اتاق و کاهش خطای اندازه‌گیری در دماهای غیر دمای اتاق را می‌دهد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3250_2b9460dc096590cc76ec99f1cb1bb18e.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2019 03 18 Prediction and Control of Chaos in Nonlinear Rectangular Micro-Plate on the Elastic Foundation پیش بینی و کنترل آشوب در میکرو صفحه مستطیلی غیرخطی بر روی بستر الاستیک 1285 1300 3344 10.22060/mej.2019.15286.6084 FA عطیه اندخشیده گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران حسین کارامد دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران Journal Article 2018 11 14 In this study, nonlinear dynamics of non-classical Kirchhoff microplate is analyzed and chaotic behavior is predicted and controlled by designing the robust adaptive fuzzy controller. Virtual displacement principle is employed to derive the governing equation of micro-plate resting on a nonlinear elastic foundation. In the governing equation, von-Karman geometric nonlinearity and couple stress theory are considered. Then eigenvalue governing equation is solved for fully simply supported boundary conditions and results are validated. In the next step, considering harmonic excitation of the first mode, the micro-plate forced vibration equation is derived using the Galerkin method. Regardless of modal interaction, the chaos threshold is then investigated. Homoclinic orbits of the unperturbed system are plotted and stable and unstable manifold transversely cut that is criteria to predict chaos according to Melnikov’s method are studied. Using the maximum Lyapunov exponents numerical method, size-dependent chaos is also locally identified. Phase portrait, Poincare mapping and time response are plotted for different values of size ratios and the significant effect of size on the chaotic behavior of micro-plats is presented. Subsequently, designing the robust adaptive fuzzy controllers, chaotic vibrations are completely eliminated from the system and the robust adaptive fuzzy controller is introduced as an effective method for controlling chaos in these systems. در این پژوهش، دینامیک غیرخطی میکروصفحه غیرکلاسیک کیرشهف تحلیل، محدوده رفتار آشوبناک پیش بینی و با طراحی کنترلر مقاوم تطبیقی فازی، کنترل می‌شود. معادله حاکم بر میکروصفحه بر روی بستر الاستیک غیرخطی، با درنظر گرفتن غیرخطی هندسی فون-کارمن و براساس تئوری تنش کوپل اصلاح شده، با استفاده از اصل جابجایی مجازی استخراج می‌گردد. معادله مقدار ویژه حاصل برای شرایط مرزی ساده حل شده و نتایج بدست آمده اعتبارسنجی می‌گردد. در گام بعد، با فرض تحریک هارمونیک مود اول، روش گلرکین بکار برده می‌شود و معادله ارتعاشات اجباری میکروصفحه بدست می‌آید. سپس آستانه آشوب با صرف نظر از برهم کنش مودها تحلیل می‌گردد. مدارهای هموکلینیک سیستم بدون اغتشاش رسم شده و برخورد منیفلدهای پایدار و ناپایدار که معیاری برای پیش بینی آشوب است، با استفاده از روش ملنیکف بررسی می‌شود. همچنین، با استفاده از روش عددی حداکثر نمای لیاپانوف، آشوب وابسته به ابعاد، به‌صورت موضعی شناسایی می‌گردد. نمودارهای صفحه فاز، نگاشت پوانکاره و پاسخ زمانی برای مقادیر مختلف نسبت ابعادی رسم شده و تاثیر چشمگیر ابعاد در رفتار آشوبناک میکروصفحه نمایش داده می‌شود. در ادامه، با طراحی کنترلر مقاوم تطبیقی فازی، ارتعاشات آشوبناک به کلی از سیستم حذف می‌شود و کنترلر مقاوم تطبیقی فازی به عنوان یک روش کارآمد برای کنترل آشوب در این سیستم‌ها معرفی می‌گردد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3344_430c11c9d062226731555768290235a8.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2019 03 18 Kinetostatic Performance Comparison of Spherical Parallel Mechanisms Extracted from Type Synthesis with Modeling Clearance in Passive Joints مقایسه عملکرد کینتواستاتیکی مکانیزم‌های موازی کروی مستخرج از سنتز نوعی با مدل‌سازی لقی در مفاصل غیر فعال 1301 1318 3345 10.22060/mej.2019.14725.5932 FA سید مجتبی سید موسوی محقق، آزمایشگاه تعامل انسان و ربات، دانشگاه تهران، تهران، ایران مهدی طالع ماسوله آزمایشگاه تعامل انسان و ربات-دانشکده برق و کامپیوتر-دانشگاه تهران احمدرضا خوگر مهندسی مکانیک، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران Journal Article 2018 07 26 A spherical parallel mechanism is used to rotate a body around a fixed point. Different kinematic arrangements can be obtained for the robot with three degrees of rotational freedom. The most commonly used structure for this robot is the 3-RRR kinematic architecture which is an overconstrained parallel mechanism and causes several problems of mounting the mechanism. In this paper two non[1]overconstrained architectures 3-RRS and 3-RSR are compared with overconstrained one from the accuracy point of view based on the joint clearance. First, a method to obtain a model of moving platform pose (position and orientation) error based on the joint clearance is introduced which leads to a standard convex optimization problem. Then maximum values of six components of the pose error are computed in more than 1000 different configurations within their workspace. It is shown that this displacement is configuration dependent. The obtained results revealed that the 3-RRR spherical parallel mechanism has better position accuracy while in the case of orientation, the 3-RRS SPM has the lowest maximum error between spherical parallel mechanisms under study in the prescribed workspace. It can be concluded that non-overconstrained structures can be used instead of the overconstrained structure. Finally, a comparison was made between the performance indices and the presented method. از مکانیزم موازی کروی برای دوران جسم حول یک نقطه ثابت استفاده می‌شود. تاکنون آرایش‌های سینماتیکی مختلفی برای این ربات با سه درجه آزادی دورانی بدست آمده است. متداولترین ساختار مورد استفاده برای این ربات، آرایش سینماتیکی 3-آر.آر.آر است که ساختاری بیشینه مقید بوده و موجب دشواری‌هایی در ساخت و مونتاژ این ربات می‌شود. در این مقاله دو ساختار نابیشینهمقید 3-آر.آر.اِس و 3-آر.اِس.آر مستخرج از سنتز نوعی، از نقطه نظر دقت بر اساس لقی مفاصل با ساختار بیشینه مقید مورد مقایسه قرار گرفته‌اند. بدین منظور ابتدا مدلی برای خطای سکوی متحرک بر مبنای لقی مفاصل معرفی شده است که به یک مسئله بهینه‌سازی محدب منجر می‌شود. سپس بیشینه شش مؤلفه خطای سکوی متحرک در بیش از 1000 جهت‌گیری مختلف از فضای کاری تعریف شده برای هر یک از ربات‌ها محاسبه شده است. نتایج نشان دادند که خطای مجری نهایی به پیکربندی ربات بستگی دارد. همچنین با مقایسه نتایج مشخص شد که ساختار 3-آر.آر.آر خطای جابجایی نقطه‌ای کمتری نسبت به سایرین دارد، در حالی‌که خطای جهت گیری ساختار 3-آر.آر.اِس کمتر از دو ساختار دیگر است که نشان می‌دهد می‌توان از ساختارهای نابیشینه مقید به جای ساختار بیشینه مقید در طراحی این ربات استفاده نمود. در نهایت نیز مقایسه‌ای بین شاخص‌های عملکردی کینتواستاتیکی با مدل ارائه شده صورت گرفته است.

https://mej.aut.ac.ir/article_3345_0217c6eb15c097c30dd57f20d44a060a.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2019 01 19 The Effect of Anisotropic Bearings on Dynamics and Stability of the Ball-Spring Auto-balancer تاثیر یاتاقان‌های غیر‌همگن بر رفتار دینامیکی و پایداری اتوبالانسر ساچمه- فنر 1319 1332 3241 10.22060/mej.2019.14506.5873 FA موسی رضائی دانشگاه تبریز میر محمد اتفاق دانشگاه تبریز رضا فتحی دانشگاه تبریز Journal Article 2018 05 26 In recent years, there has been much interest in the use of automatic dynamic ball balancers to balance the rotors with varying imbalances. An automatic dynamic ball balancer is a device that can automatically compensate the variable imbalances of a rotor in certain working conditions without having to stop the rotating equipment. Ball-spring auto-balancer is a new type of automatic ball balancers which has two main advantages over the traditional ones, i.e. it causes the rotor vibration amplitude at the transient state to be small and it has a wider balanced stable region. Bearings are one of the most important mechanical components due to their considerable influence on the dynamic behavior and stability of the rotary systems. In previous studies, the dynamic behavior and stability of the rotor with isotropic bearings equipped with a ball- spring auto-balancer has been analyzed. However, in practice, the bearings have generally anisotropic behavior due to the manufacturing process. In this study, the dynamics and stability of a rotor with anisotropic bearings equipped with a ball-spring autobalancer are investigated via the multiple scales method for the first time. The results show that the anisotropic bearings do not impair the main advantages of the ball-spring auto-balancers, and as the anisotropic parameter increases the balanced stable region decreases. در سالهای اخیر استفاده از اتوبالانسر دینامیکی ساچمه‌ای برای رفع نابالانسی‌های متغیر با شرایط کاری، بیش از پیش مورد توجه محققان قرار گرفته است. اتوبالانسر دینامیکی ساچمه‌ای وسیله‌ای است که بطور خودکار نابالانسی‌های متغیر با شرایط کاری را بدون نیاز به متوقف کردن تجهیزات دوار در شرایط خاص رفع و سیستم را بالانس می‌کند. بالانسر اتوماتیک ساچمه- فنر نوع جدیدی از بالانسرهای اتوماتیک ساچمه‌ای می‌باشد و مزیت اصلی آن نسبت به اتوبالانسرهای ساچمه‌ای متداول، کاهش دامنه ارتعاشی روتور در ناحیه گذرا و وسیع بودن ناحیه بالانس پایدار است. یاتاقان‌ها یکی از مهم‌ترین اجزا تاثیرگذار بر رفتار دینامیکی و پایداری سیستم‌های دوار هستند و در پژوهش‌های پیشین رفتار دینامیکی و پایداری روتور مجهز به اتوبالانسر ساچمه- فنر با یاتاقان‌های همگن بررسی شده است. در عمل، به دلایل مختلف از جمله ساخت، یاتاقان‌ها دارای رفتار غیرهمگن می‌باشند. در این پژوهش برای اولین بار رفتار دینامیکی و پایداری روتور نابالانس با یاتاقان‌های غیرهمگن مجهز به اتوبالانسر ساچمه- فنر با استفاده از روش نیمه تحلیلی مقیاس‌های چندگانه بررسی شده است. نتایج حاکی از این است غیرهمگن بودن یاتاقان‌ها خللی در مزیت‌های اصلی اتوبالانسر ساچمه- فنر وارد نمی‌کند و در ضمن افزایش پارامتر غیرهمگنی یاتاقان‌ها سبب کاهش ناحیه بالانس پایدار روتور مجهز به اتوبلانسر می‌شود.

https://mej.aut.ac.ir/article_3241_6c5774e056a1e90122b0af45a659a0d1.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2019 02 11 Design and Implementation a Constrained Adaptive Estimation Algorithm for Lowcost Integrated Navigation System in Urban Area طراحی و پیاده سازی الگوریتم تخمین مقید تطبیقی برای سامانه ارزان قیمت ترکیبی ناوبری اینرسی- موقعیت یاب جهانی در محیط های شهری 1333 1348 3285 10.22060/mej.2019.14892.5971 FA سعید خان کلانتری دانشکده برق، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران صدرا رفعت نیا دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران حسن محمدخانی دانشکده هوا فضا، دانشگاه امام حسین، تهران، ایران محسن حاجی زاده دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه امام حسین، تهران، ایران، Journal Article 2018 08 27 Due to stochastic noises, modeling uncertainties and nonlinearities in low-cost inertial measurement units, the positioning error of strap-down inertial navigation systems are increased exponentially. So, the inertial navigation system is integrated with aiding navigation systems like a global navigation satellite system by using an estimation algorithm to obtain an acceptable positioning accuracy. In the urban area, the global navigation satellite system signal may be obstructed because of tall trees and buildings. Therefore, in the present paper, a novel constrained adaptive integration algorithm is developed for integration of the strap-down inertial navigation system and global navigation satellite system. In this algorithm, the velocities constraints in body frame in addition to altitude constraints based on a barometer data are firstly developed, and then a constrained estimation algorithm is designed based on the proposed constraints. In addition, a type-2 fuzzy algorithm is used to calculate the estimator parameters based on vehicle maneuvers. The real vehicular tests are used for implantation and validation of the proposed algorithm. The experimental results indicate that the proposed adaptive constrained estimation algorithm enhanced the estimation accuracy of the strap-down inertial navigation system steady states. در سامانه‌های ناوبری اینرسی، به دلیل وجود عدم قطعیت‌های ناشی از نویز و بایاس حسگرهای اینرسی ارزان‌قیمت، خطای موقعیت‌یابی در مدت زمان کوتاه، افزایش چشمگیری پیدا می‌کند. بنابراین ترکیب آن با یک سامانه کمکی مانند سامانه موقعیت‌یاب جهانی به منظور کاهش خطای سامانه ناوبری اینرسی توسط یک الگوریتم تخمین‌زن مناسب پیشنهاد می‌شود. در مناطق شهری به دلیل نزدیکی به درختان و ساختمان‌های بزرگ، امکان قطعی سیگنال سامانه موقعیت‌یاب جهانی وجود دارد. در همین راستا به منظور ارائه داده‌های قابل اطمینان در مواقع قطعی سامانه موقعیت‌یاب جهانی،دراین مقاله به ارائه الگوریتم تخمین مقید تطبیقی برای سامانه ترکیبی ناوبریاینرسی-موقعیت‌یاب جهانی پرداخته می‌شود. در این تخمین‌زن، ابتدا قیودی مناسب با استفاده از فرضیاتی در مورد سرعت‌های خودرو و همچنین قیود ارتفاع براساس داده‌های فشارسنج تعریف شده و سپس به ارائه الگوریتم تخمین مقید براساس قیود، پرداخته می‌شود. همچنین به منظور کاهش خطای تخمین از منطق فازی نوع 2 برای تنظیم پارامترهای تخمین‌زن متناسب بامانور خودرو استفاده می شود. به منظور صحه‌گذاریالگوریتم ارائه شده از تست خودرو استفاده می‌شود. نتایج حاصلنشان می‌دهد که با استفاده ازالگوریتم طراحی شده،دقت تخمین متغیرهای حالت ناوبری اینرسی نسبت به حالت نامقید به میزان قابل توجهی افزایش خواهد یافت.

https://mej.aut.ac.ir/article_3285_3e6a8b30426cdf352255a941cbc2ee7c.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2019 01 28 Optimal Control Based on Minimum-Energy Trajectory Planning of a Quadrotor کنترل بهینه مبتنی بر برنامه‌ریزی مسیر حداقل انرژی برای یک کوادروتور 1349 1364 3251 10.22060/mej.2019.14832.5954 FA محمود مزارع دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران، احسان داودی دانشکده مهندسی مکانیک مصطفی تقی زاده هیئت علمی/ دانشگاه شهید بهشتی پردیس فنی عباسپور مهدی پورقلی هیات علمی Journal Article 2018 08 14 Quadrotors have high energy consumption, hence minimizing their energy consumption plays a crucial role in terms of enhancing their operational range and flight time. In this paper, optimal control based on a minimum-energy trajectory planning algorithm has introduced between two positions to maximize the operation time. To do this, first, dynamic equations of a quadrotor and brushless motor are derived. Energy consumption of quadrotor is introduced as a cost function and the minimum energy path is determined using the optimal control theory. All constraints are combined with the Hamiltonian equation using Lagrange multiplier. Finally, simulation results are compared with results of conventional trapezoidal velocity profile which shows energy saving up to 4%. Also, results reveal that the influence of operation time is far more than path length on energy consumption. In order to verify the validity of the simulation results, they are compared with the results of an experimental model which is consisting of brushless motor, sensor, and control board. As well as using simulation results in different situations, a mathematical equation was extracted among path length, operation time and energy consumption which can be useful to estimate the maximum flight range or operation time considering the amount of energy of the battery. کوادروتورها مصرف انرژی بالایی دارند و حداقل کردن انرژی مصرفی آنها به سبب افزایش زمان و برد پروازی، حائز اهمیت می‌باشد. در این مقاله، به منظور بیشینه کردن زمان عملیاتی کوادروتور، کنترل بهینه مبتنی بر الگوریتم برنامه‌ریزی مسیر حداقل انرژی برای حرکت بین دو موقعیت ارائه می‌شود. برای نیل به این هدف، ابتدا معادلات دینامیکی کوادروتور و موتور استخراج شده، سپس با معرفی انرژی کل مصرفی باتری بعنوان تابع هزینه و استفاده از تئوری کنترل ِ بهینه، مسیر حداقل انرژی تعیین می‌شود. قیود نیز از طریق ضرایب لاگرانژ به معادلات همیلتونین اضافه شد. در انتها نتایج شبیه‌سازی با نتایج پروفیل سرعت ذوزنقه‌ای مرسوم، مقایسه شده که ذخیره انرژی تا چهار درصد را نشان می‌دهد. نتایج نشان می‌دهند که مدت پرواز نسبت به طول مسیر تاثیر بیشتری در مصرف انرژی دارد. به منظور اعتبارسنجی، نتایج شبیه‌سازی با نتایج یک مدل آزمایشگاهی شامل موتور براشلس، سنسور و برد کنترلی مقایسه شده که نشان از نزدیکی نتایج شبیه‌سازی‌ها با مدل واقعی دارد. همچنین با استفاده از نتایج شبیه‌سازی در وضعیت‌های مختلف، یک رابطه کمی بین طول مسیر و مدت پرواز با میزان مصرف انرژی استخراج شده که می‌تواند در تخمین حداکثر برد یا مدت پرواز با توجه به میزان انرژی باتری بسیار سودمند باشد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3251_f8438f457c73f57eefc5453206efafd0.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 5 2019 01 19 Proposing a Finite Duration Cancer Treatment Using Multi-Objective Optimization ارائه پروتکل برای درمان زمان محدود سرطان با استفاده از بهینه‌سازی چند هدفه 1365 1376 3240 10.22060/mej.2019.14307.5834 FA علی غفاری خواجه نصیرالدین طوسی مهدی شفیق دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی مصطفی نظری صنعتی شاهرود Journal Article 2018 04 09 The main target of this paper is to propose an optimal method for eradicating cancer, such that it cannot be relapsed. The major issue is that the tumor-free equilibrium point at the end of chemotherapy is still unstable. Mathematically, it means that when the chemotherapy is stopped, the trajectory of the system moves away from the tumor-free equilibrium point and the tumor cells start increasing. To overcome this problem, we can either restart the process of chemotherapy or try to stabilize the equilibrium. In this article, the dynamics of the system is changed around the tumor-free equilibrium point using the vaccine therapy and the chemotherapy pushes the system to the domain of attraction of the desired point. In other words, some inputs have an effect on the parameters of the system. For optimal chemotherapy, two objective functions optimized simultaneously in order to minimize the size of the tumor as well as the side effects of the anticancer drug on the patients’ body. After removing the chemotherapy, cancer does not relapse due to the change in the dynamics of the system. Simulation results show that by applying this method, the cancer cells population approaches to zero even after the cessation of chemotherapy for a long time. هدف اصلی این مقاله طراحی یک روش بهینه با درنظر گرفتن شرایط خاص یک بیمار برای درمان سرطان است، به طوریکه بیماری قادر به بازگشت نباشد. مساله مهمی که در بسیاری از مطالعات قبلی کمتر مورد توجه قرار گرفته است، ناپایدار بودن نقطه تعادل بدون تومور در پایان درمان است. بدین معنی که بعد از توقف شیمی درمانی، مسیر حرکت سیستم از نقطه تعادل بدون تومور دور می‌شود و سلول‌هایی تومور دوباره شروع به رشد می‌کنند. برای برطرف کردن این مشکل، یا باید در تمام طول زندگی بیمار، شیمی درمانی را ادامه دهیم که از منظر بیولوژیکی عملی نبوده، و یا این نقطه تعادل را پایدار کنیم. در این مقاله برای رسیدن به درمان زمان محدود از منطق دوم استفاده می‌کنیم؛ یعنی از واکسن درمانی برای تغییر دینامیک سیستم حول نقطه تعادل بدون تومور استفاده می‌شود و شیمی درمانی برای بردن سیستم به ناحیه جذب این نقطه تعادل اعمال می‌گردد که منطق جدیدی برای درمان سرطان است. برای ارزیابی میزان اصلاح سیستم از تئوری پایداری لیاپانوف استفاده شده است. برای بهینه‌سازی شیمی درمانی، دو تابع هدف متعارض را همزمان بهینه می‌کنیم، به گونه‌ای که اندازه تومور و اثرات جانبی دارو بر روی بیمار کمینه شوند. شرایط بیمار از قبیل سن و بیماری نیز درنظر گرفته شده‌اند.

https://mej.aut.ac.ir/article_3240_2a2e404c190ef6f0c9322554166cd6ad.pdf