دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2018 12 21 Numerical Analysis of Rolling Contact Fatigue in Common Turnouts of Iran Railway Track تحلیل المان محدود خستگی تماس غلتشی در سوزن‌های متداول در خطوط ریلی ایران 2029 2044 3203 10.22060/mej.2018.14651.5906 FA مجید شهروی علم و صنعت ایران محمد رضاصفت دانشگاه علم و صنعت Journal Article 2018 06 24 The highest amount of reported failures in railway tracks are due to turnout problems. The main causes of these breakdowns are: high wheel-rail contact forces, creep in the switchblade due to changes in the rail profile, and inconsistency in the rail profile during wheel passage over wing rail and crossing nose causing collision forces. In this paper, a new method for crossing nose fatigue life prediction is presented using the finite element approach. Firstly, a dynamic model containing a complete turnout (switch and crossing panels) is simulated. For a closer look at the crossing, the results of the forces generated by the dynamic model are transmitted to a more detailed static model at specific sections, because of the criticality of this point in track. Then the stress and strain results are extracted to perform the fatigue analysis on the crossing nose in order to calculate fatigue crack initiation life and critical planes. Regarding the importance of fatigue and the necessity of investigating the effect of different variables on fatigue life, a parametric study is conducted considering variables such as velocity, wagon weight, and turnout type. The results indicate that the predicted fatigue life in UIC60 crossings is less than U33. Also, by increasing the wagon weight and speed or the curve radius fatigue crack initiation life have increased.ntrol the lock-in regime. بالاترین توزیع خراب یهای گزارش شده در خطوط راه آهن وابسته به سوزن‌ها است. علل اصلی این خرابی‌ها را می‌توان در: نیروهای تماس چرخ-ریل بالا، خزش در تیغه سوزن به علت تغییرات در پروفیل ریل و عدم پیوستگی در پروفیل ریل درگذر از ریل بال و نیشدلی که سبب نیروی‌های برخورد شدید می‌شود، جستجو کرد. در این مقاله روشی برای محاسبه عمر خستگی در نیشدلی سوزن ارائه شده است. ابتدا مدلی دینامیک در مسیر کامل سوزن شامل پانل سوئیچ و تقاطع شبیه‌سازی شده است. به‌منظور بررسی دقیق‌تر نیشدلی سوزن به دلیل بحرانی بودن این نقطه از خط، نتایج نیروهای حاصل از مدل دینامیک به مدلی استاتیک با جزئیات بیشتر انتقال داده شده است. سپس نتایج تنش و کرنش استخراج شده تا یک تحلیل خستگی برای یافتن عمر و صفحه جوانه زنی ترک خستگی تماس غلتشی، روی نیشدلی سوزن ارائه شود. با توجه به اهمیت مقوله خستگی و لزوم بررسی تأثیر متغیرهای مختلف بر میزان عمر خستگی، مطالعه پارامتریک با در نظرگیری متغیرهایی نظیر سرعت سیر، وزن واگن، ضریب اصطکاک و نوع سوزن انجام شده است. نتایج بیانگر عمرهای جوانه‌زنی ترک کمتر در سوزن‌های UIC 60 و قوس‌ها با شعاع بیشتر است. نیروهای تماس کمتری در سوزن‌های UIC 60 نسبت به U 33 مشاهد هشده است، همچنین با بالا رفتن ضریب اصطکاک عمر خستگی به‌طور محسوسی کاهش یافته است. https://mej.aut.ac.ir/article_3203_799de6d3dae4c924142cf245a1d7f703.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 01 30 Modeling of hyperelastic incompressible behavior of functionally graded material under bending load مدل سازی رفتار مواد هایپرالاستیک تراکم ناپذیر مدرج تابعی تحت بارگذاری خمشی 2045 2062 3253 10.22060/mej.2019.14773.5936 FA غلامحسین رحیمی تربیت مدرس*مهندسی مکانیک محمد مهدی معماریان دانشگاه تربیت مدرس یاور عنانی پژوهشگر پسا دکترا شهرام حسینی چالشتری دانشجوی دکترای تخصصی، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس Journal Article 2018 08 01 In this paper, the behavior of inhomogeneous functionally graded rubber with large deformations and under bending loading is modeled by assuming an incompressible hyper-elastic material. In hyper-elastic inhomogeneous functionally graded materials, mechanical properties continuously changes from one point to another in the specified direction. In the other words, they gradually become material from material to another. For modeling the nonlinear behavior of material, hyperelasticity theory and strain energy density functions, which are a function of the invariants of the left deformation Cauchy-Green tensor, are used. In order to be able to apply the existing energy functions to inhomogeneous functionally graded materials, they must be changed, therefore, the changes in the constant of the energy functions are assumed power shape and in the direction of the curvature radius after bending, due to the inhomogeneous functionally graded of the material. Since many materials are inhomogeneous, using the assumption of inhomogeneous functionally graded of the material is one of the most practical methods. In this paper, the modeling of the hyperelastic behavior of inhomogeneous functionally graded rubber is done under bending loading and extraction of the Cauchy stress relations governing the cross-section caused by this loading. For modeling, the generalized Mooney-Rivlin energy function is used and the properties change in radial direction are considered and heterogeneity variations are also investigated. در این مقاله رفتار لاستیک‌های ناهمگن مدرج تابعی با تغییر شکل‌های بزرگ و تحت بارگذاری خمشی و با فرض ماده هایپرالاستیک تراکم ناپذیر مدل سازی شده است. برای مدل کردن رفتار غیر خطی ماده از تئوری هایپرالاستیسیته و توابع انرژی کرنشی که تابعی از نامتغیرهای تانسور تغییر شکل چپ کوشی- گرین هستند، استفاده می‌شود. برای اینکه بتوان توابع انرژی موجود را برای مواد ناهمگن مدرج تابعی بکار برد، باید در آنها تغییراتی صورت گیرد. بنابراین برای تغییر دادن و تصحیح کردن ثوابت مربوط به توابع انرژی ذکر شده؛ با توجه به ناهمگن بودن ماده مدرج تابعی، این ثابت‌ها به صورت توانی و در راستای شعاع انحناء پس از خمش، فرض شده و در نظر گرفته می‌شوند. در این مقاله، مدل سازی رفتار هایپرالاستیک لاستیک‌های ناهمگن مدرج تابعی تحت بارگذاری خمشی و استخراج روابط تنش کوشی حاکم بر سطح مقطع، ناشی از این بارگذاری صورت گرفته است. برای مدل سازی از تابع انرژی مونی-ریولین تعمیم یافته استفاده شده و تغییر خواص در راستای شعاعی در نظر گرفته شده و تغییرات ناهمگنی نیز بررسی و ارائه می‌گردد. از مهمترین نتایج بدست آمده از تحقیق حاضر می‌توان به، فرض توانی بودن ثابت‌های تابع انرژی کرنشی جهت مدلسازی رفتار ماده در روش تحلیلی، که این فرض رفتار ماده را به خوبی مدل کرده است، اشاره کرد. همچنین مدل سازی ماده مدرج تابعی غیر همگن به صورت لایه لایه ای در نرم افزار اجزاء محدود مدل شده است، که این روش به خوبی رفتار ماده را توصیف کرده و با نتایج تحلیلی همپوشانی خوبی دارد. https://mej.aut.ac.ir/article_3253_4ad13f04ef4373992c9d3046200aa350.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 05 19 ‘Effect of Initial Temperature and Cooling Practice on Thermo-Mechanical Stress of Ring Rolling تأثیر دمای اولیه و خنک‌کاری بر تنش‌ ترمومکانیکی غلتک‌های نورد حلقه 2063 2080 3441 10.22060/mej.2019.14764.5938 FA علی نگهبان دانشکده هوافضا-دانشگاه هوایی شهید ستاری-تهران احسان براتی مجتمع مکانیک و هوافضا-دانشگاه صنعتی مالک اشتر-شاهین‌شهر-اصفهان- عبدالعلی مراثی مجتمع مکانیک و هوافضا-دانشگاه صنعتی مالک اشتر-شاهین‌شهر-اصفهان- نادر وحدت آزاد دانشکده هوافضا-دانشگاه هوایی شهید ستاری-تهران Journal Article 2018 08 03 Ring rolling is a metal forming process used to forge precise, seamless, circular, shaped parts. Due to the unique properties of the produced rings, the application in the advanced industries is high. The most important advantage of the process is the uniform flow of material in the ring after the process. Usually, the working temperature of the device is high during the rolling of super alloys. The high temperature could damage the work rolls. In spite of the cooling practice, the work roll temperature is raised. In general, this reduces the work roll strength. In this research, the effect of various temperature and cooling practice on thermo-mechanical stresses in work roll of ring rolling mill has been investigated. The results show that the amount of produced thermo-mechanical stresses on the work rolls is completely different. In the main roll, mechanical stress has a greater effect on thermo-mechanical stresses. However, in the mandrel, thermal stress determines the amount of thermo-mechanical stresses. Unlike the mandrel, the effect of cooling practice on thermo-mechanical stresses of the main roll is negligible. The results show that cooling practice increases the amplitude of equivalent stress and reduces the mean stress in the work rolls. نورد حلقه کی فرآیند شکل‌دهى فلزات است که براى آهنگری قطعات حلقوى شکل با ابعاد دقیق و بدون درز به کار می‌رود. به دلیل خصوصیات منحصر به فرد حلقه‌های تولید شده به این روش کاربرد آ نها در صنایع پیشرفته زیاد است. علاوه بر مزایای عدم وجود مواد اضافی و زوایای ناخواسته، مهم‌ترین مزیت تولید حلقه با این روش جریان یکنواخت ماده در حلقه پس از انجام فرآیند می‌باشد. نورد سوپر آلیاژها لزوم کارکرد دستگاه را در دمای بالا اجتناب‌ناپذیر می‌کند و این امر سبب آسیب به غلتک‌های نورد می‌شود. از سوی دیگر جهت جلوگیری از تغییر ناگهانی دمای سطحی و ایجاد پدیده سرد شدن ناگهانی در حلقه داغ، معمولا دمای کاری غلتک‌ها بالا برده می‌شود. به طور کلی این امر باعث کاهش استحکام غلتک‌ها می‌شود. در این پژوهش تأثیر دماهای مختلف کاری غلتک و خنک‌کاری بر روی تنش‌های ترمومکانیکی در غلتک‌های نورد حلقه بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که تنش‌های ترمومکانیکی ایجاد شده در غلتک‌ها کاملاًبا یکدیگر متفاوت است. در غلتک اصلی تنش‌های مکانیکی اثر بیشتری بر روی تنش ترمومکانیکی دارند اما در مندرل به دلیل سطح تماس بیشتر با حلقه داغ، تنش‌های حرارتی عامل تعیین کننده اندازه تنش‌های ترمومکانیکی در آن است. تأثیر خنک‌کاری بر روی تنش‌های ترمومکانیکی در غلتک اصلی ناچیز و در مندرل قابل توجه است. همچنین مشخص می‌شود که خنک‌کاری باعث افزایش دامنه تنش‌های معادل و کاهش تنش متوسط در غلتک‌ها می‌شود. https://mej.aut.ac.ir/article_3441_b2004314aa49d95302179246148e0326.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 04 23 Estimation of Stress Concentration Factor of Elliptical Cutout in the Composite Sheets under Tensile Load ارائه‌ی مدل ریاضی جدید بر پایه‌ی روش رگرسیونی جهت تخمین تمرکز تنش اطراف بریدگی بیضی شکل در صفحات کامپوزیتی تحت بار کششی 2081 2092 3377 10.22060/mej.2019.15143.6042 FA علی عباس نیا گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران عباس روحانی دانشیار، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد محمد جعفری گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران Journal Article 2018 10 17  In this paper, we try to use a multiple linear regression method to explicitly describe the explicit relation between the stress concentration coefficient of plates containing elliptic openings in terms of mechanical properties and the angle of rotation of openness. First, the stress concentration coefficient for a lot of composites was calculated by the analytical method based on the mixed variable method and using different values of the mechanical properties of the composites. Using the obtained data, using the regression method multiple linear the explicit relation was used to estimate the stress concentration coefficient in unbounded composite plates containing elliptic openings under tensile load. It is important to note that several factors affect the concentration of tension around openness. Therefore, by correct selection of these parameters, it can be significantly reduced the stress concentration and increased the structural strength. One of these factors is the angle of rotation of openness, which is discussed in this article. In addition to the ease of use, the proposed relationship, by eliminating complex and complex analytical solutions, saves time and allows the designer to obtain the desired parameters to achieve the desired stress. The results showed that the regression model was able to estimate the coefficient of stress concentration with an error of less than 1 percent. در این مقاله سعی می‌شود تا به کمک روش رگرسیون خطی چندگانه، رابطه‌ی صریحی جهت تخمین ضریب تمرکز تنش صفحات حاوی بریدگی بیضوی، بر حسب خواص مکانیکی و زاویه‌ی چرخش گشودگی ارائه گردد. ابتدا ضریب تمرکز تنش برای تعداد بیشماری از کامپوزیت‌ها به کمک روش حل تحلیلی بر پایه‎ی روش متغیر مختلط و با استفاده از مقادیر مختلف خواص مکانیکی کامپوزیت‎ها محاسبه شد. به کمک داده‌های به دست آمده و با استفاده از روش رگرسیون خطی چندگانه رابطه‌ی صریحی برای تخمین ضریب تمرکز تنش در صفحات نامحدود کامپوزیتی حاوی گشودگی بیضوی تحت بار کششی ارائه گردید. توجه به اینکه عوامل متعددی بر تمرکز تنش اطراف گشودگی اثر گذار می‌باشد؛ حائز اهمیت است. ازاینرو با انتخاب صحیح این پارامترها می‌توان به میزان قابل توجهی تمرکز تنش را کاهش داد و باعث افزایش استحکام سازه شد. از جمله این عوامل می‌توان به زاویه‌ی چرخش گشودگی اشاره کرد که در این مقاله بررسی می‌گردد. رابطه‌ی ارائه شده علاوه بر سهولت استفاده، با حذف محاسبات سخت و پیچیده‌ی حل تحلیلی، در زمان صرفه جویی کرده و این امکان را برای طراح فراهم می‌آورد تا بتواند پارامترهای مدنظر جهت دستیابی به تنش مطلوب را به دست آورد. نتایج نشان داد که مدل رگرسیونی قادر به تخمین ضریب تمرکز تنش با خطای کمتر از یک درصد است. https://mej.aut.ac.ir/article_3377_a9b4ec2eb4ab7b1b9c3392bb5388119d.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 03 18 Experimental and Numerical Investigation of Second Mode of Failure in Unlike End Notch Flexure Samples بررسی تجربی و عددی مود دوم شکست در نمونه‌های خمشی انتها ترک‌دار ناهم‌جنس (کامپوزیت/ فولاد) 2093 2106 3343 10.22060/mej.2019.15299.6089 FA ستار مالکی گروه مکانیک، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران عطیه اندخشیده گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران علیرضا سیفی دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی قوچان، قوچان، ایران Journal Article 2018 11 17 Localized lamination using composites is one of the effective solutions to repair damaged metallic pipelines. The connection of composite repair to the metal substructure in this method is one of the most important design parameters. Therefore, deriving the important parameters at the junction will help engineers in designing and predicting the interlaminar crack initiation and propagation at the composite/metal interface. In this paper, to investigate the second mode of failure in this method, the strain energy release rate is calculated experimentally and numerically in a steel/composite bond. According to an experimental standard for calculating the second mode strain energy release rate, ASTM-D7905, experimental tests are accomplished for three symmetric and asymmetric unlike end-notched flexure specimens and a relationship for the thickness of each material to have symmetric specimens is proposed. To validate the thickness calculation relationship, the finite element modeling of unlike samples using virtual crack closure technique is used which indicates the good agreement of experimental and numerical results. Comparing the experimental results showed that the strain energy release rate of symmetric samples is more than asymmetric ones and about 1.6 times as large. تقویت موضعی خطوط لوله فلزی آسیب دیده با استفاده از کامپوزیت‌ها یکی از راهکارهای کارآمد می‌باشد. اتصال لایه کامپوزیتی به زیرلایه فلزی در این روش، یکی از مهمترین پارامترهای طراحی می‌باشد. لذا استخراج پارامترهای مهم در محل اتصال، کمک شایانی به مهندسان در طراحی و پیش‌بینی زمان شروع و توسعه ترک بین لایه‌ای در فصل مشترک لایه کامپوزیتی به زیرلایه فلزی می‌کند. در این مقاله، برای بررسی مود دوم شکست در این روش، به محاسبه ی تجربی و عددی نرخ رهاسازی انرژی کرنشی برشی بین لایه‌ای در اتصال فولاد/کامپوزیت پرداخته شده است. بر اساس استاندارد تجربی محاسبه نرخ انرژی کرنش مود دوم شکست ASTM-D 7905 ، برای سه نمونه خمشی انتها ترک‌دار متقارن و نامتقارن آزمون تجربی انجام گرفته و رابطه‌ای برای محاسبه ضخامت هر جنس جهت داشتن نمونه‌های متقارن ارائه شده است. جهت اعتبا رسنجی رابطه محاسبه ضخامت از مدل‌سازی اجزای محدود نمونه‌های خمشی انتها ترک‌‌دار ناهم‌جنس به روش بستن مجازی ترک، استفاده شده که نتایج آن با نتایج آزمایش تطابق خوبی نشان داده است. مقایسه نتایج تجربی نشان می‌دهد که نرخ رهایی انرژی کرنشی نمونه‌های متقارن بیشتر از نمونه‌های نامتقارن و حدود 6/ 1 برابر آن است. https://mej.aut.ac.ir/article_3343_21c5bba1dd6aed9ab48c2b34c1a0adde.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 05 12 Optimization of Influence Parameters on Thermal Buckling of Hybrid Composite Plates with Cutout Using Genetic Algorithm بهینه سازی پارامترهای مؤثر بر کمانش حرارتی صفحات کامپوزیت هیبریدی حاوی گشودگی با استفاده از الگوریتم ژنتیک 2107 2122 3418 10.22060/mej.2019.15514.6142 FA سجاد مهدوی دانشگاه صنعتی شاهرود علیرضا شاطرزاده دانشگاه صنعتی شاهرود محمد جعفری دانشگاه صنعتی شاهرود Journal Article 2018 12 26 Optimization in the design and maintenance of many engineering systems, economic and even social has been used to minimize the cost or maximize profits. In the buckling analysis, the hybrid composite plates with cutout, the effective parameters on buckling are the cutout geometry, fiber angle, cutout size to plate size ratio, bluntness of cutout corners, and rotation angle of cutout. Therefore, in this study, using genetic algorithm method an attempt has been made to introduce the optimum parameters to achieve the Maximum amount of critical buckling temperature of hybrid composite plate with polygonal cutouts in different boundary conditions and stacking sequences, which are subject to uniform temperature rise. The cutouts in this study are circular, pentagonal, and hexagonal. The solving method used to analyze this study is the finite element based on the energy method. Also, the theory used in this paper is the first-order shear deformation theory. The results presented in this case show that by choosing the appropriate shape of cutout and the optimal selection of parameters affecting buckling, the plate’s resistance to thermal buckling can be increased. It was also found that stacking sequences and boundary conditions have a significant effect on the critical buckling temperature of a hybrid composite plate with cutout. بهینه‌سازی در طراحی و نگهداری بسیاری از سیستم‌های مهندسی، اقتصادی و حتی اجتماعی به منظور حداقل کردن هزینه لازم و یا حداکثر کردن سود کاربرد دارد. در تحلیل کمانش صفحات کامپوزیت هیبریدی حاوی گشودگی، هندسه گشودگی، زاویه الیاف، نسبت اندازه گشودگی به اندازه صفحه، نرمینگی گوشه‌های گشودگی و زاویه چرخش گشودگی از جمله پارامترهای تأثیرگذار بر کمانش هستند. از این رو در این تحقیق سعی شده تا با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک، پارامترهای بهینه جهت دستیابی به حداکثر مقدار دمای بحرانی کمانش صفحات کامپوزیت هیبریدی حاوی گشودگی‌های چندضلعی در شرایط مرزی مختلف و آرایش متفاوت لایه‌ها، که تحت افزایش دمای یکنواخت هستند، معرفی شود. گشودگی‌های مورد نظر در این مطالعه، دایره، پنج ضلعی و شش ضلعی می‌باشد. روش حل به کار رفته در تحلیل این تحقیق، اجزای محدود مبتنی بر روش انرژی می‌باشد. همچنین تئوری به کار رفته در مطالعه حاضر، تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اوّل می‌باشد. نتایج ارائه شده در این باره نشان می‌دهد که با انتخاب شکل مناسب گشودگی و انتخاب بهینه پارامترهای مؤثر بر کمانش می‌توان مقاومت صفحه را در برابر کمانش حرارتی افزایش داد. همچنین مشخص شد که آرایش لایه‌ها و شرایط مرزی، تأثیر قابل توجهی بر دمای بحرانی کمانش یک صفحه کامپوزیت هیبریدی حاوی گشودگی دارند. https://mej.aut.ac.ir/article_3418_d594b1a945b5d645e59e21f88bd2d83b.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 05 27 Investigation on the Effect of Pressure and Radius of Contact Surface Curvature on the Friction Coefficient in Contact Surfaces of Interference Fit Joints بررسی تأثیر فشار و شعاع انحنای سطح تماس بر ضریب اصطکاک در سطح تماس اتصالات تداخلی 2123 2134 3447 10.22060/mej.2019.15509.6143 FA کاوه عباسی دانشکده فنی و مهندسی، واحد اسلام آباد غرب، دانشگاه آزاد اسلامی، اسلام ­آباد غرب، کرمانشاه، ایران 0000-0003-4950-0965 هژیر احساسی دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران Journal Article 2018 12 26 Interference fit joints are widely used to produce tight joints. Interference fit joints could be applied under dynamics and statics design loads, successfully. Interference fit joints are always imperfect and also affected by some parameters which directly affect the operation of these joints. For instance, the contact surface of every manufactured joint part is not a perfect cylinder and always there are some form defects. The variation of these parameters could affect the performance and strength of interference joints, so these parameters should be considered. Some effective parameters on the strength of interference fit joints are friction coefficient, roughness, materials properties, dimensions and geometric irregularities of contact surfaces. In this study, the effect of diameter of shaft and interference value variation on the friction coefficient in contact surface and strength of joints are investigated. Finite element results are interacted with experimental ones to estimate friction coefficients. Also, factorial method, which is a statistical method for design of experiments, is used to analyze the effects of pressure, which is vary by variation of interference, and radius of contact surface curvature on friction coefficient and strength of joints. Results indicate that the friction coefficient changes with diameter of interference surface, inversely and increase of interference and consequently, pressure leads to growth of friction coefficient. اتصالات تداخلی به صورت گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند. این اتصالات در معرض بارهای استاتیکی و دینامیکی پاسخگوی نیازهای طراحی هستند. اتصالات تداخلی همواره با عیوبی همراه هستند که بر کارکرد آ نها اثر مستقیم دارند. برای نمونه در هر اتصالی سطح تماس اجزا ایده‌آل و استوانه‌ای کامل نیست و انحراف وجود دارد. این پارامترها از این جهت حائز اهمیت هستند که تغییراتشان بر روی کارآیی و استحکام اتصالات تداخلی تأثیر می‌گذارد. از جمله پارامترهای مؤثر بر استحکام اتصالات تداخلی ضریب اصطکاک، زبری، خواص مواد، ابعاد فیزیکی و نامنظمی‌های هندسی سطح‌های در تماس را می‌توان بیان نمود. در این پژوهش با تغییر قطر و مقدار تداخل و در نتیجه آن، فشار در سطح تداخل، اثر این پارامت رها بر استحکام اتصال و ضریب اصطکاک در سطح تداخل مورد بررسی قرار گرفته است. برای استخراج ضریب اصطکاک از ترکیب نتایج تجربی و المان محدود استفاده شد. روش‌های بررسی آماری فاکتوریل مورد استفاده قرار گرفت و اثرات فشار و قطر بر ضریب اصطکاک و استحکام اتصال مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که رابطه قطر با ضریب اصطکاک در سطح تداخل اتصالات تداخلی معکوس است و افزایش تداخل و متعاقب آن فشار، باعث افزایش ضریب اصطکاک خواهد شد. https://mej.aut.ac.ir/article_3447_2e1b24a664f5e9c18f407b2f9c73e821.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 05 07 Metallic Closed-Cell Foam Filled Tube Uniaxial Crushing Behavior Analysis Using Voronoi Approach تحلیل رفتار مچالگی محوری تیوب پرشده با فوم فلزی سلول بسته با رویکرد ورونویی 2135 2148 3401 10.22060/mej.2019.15661.6176 FA یوسف طراز جمشیدی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید رجایی، تهران، ایران علی پورکمالی انارکی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید رجایی، تهران، ایران مجتبی صدیقی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران 0000-0003-0129-1914 جواد کدخداپور دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید رجایی، تهران، ایران سید محمد حسین میرباقری دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران بهناز اخوان دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه تهران شمال، تهران، ایران Journal Article 2019 01 17 Porous materials especially metallic foams are novel materials with high energy absorption and strength to weight ratio capability. In the present paper, we investigate quasi-static uniaxial compression and crushing behavior of closed-cell graded aluminum foams and foam-filled tubes, both numerically and experimentally. To model the mentioned specimens, we place cubes with several densities and strengths to generate functionally graded specimens. Specimens are considered to be graded with two and three layers and non-graded single layer, with and without tubes. Various standard uniaxial compression experiences are conducted for numerical model calibration and validation and also for non-linear mechanical properties and hardening characterization. To enhance strength and energy absorption capability and also tailoring purpose, we layout the cubic foams in tubes with square profile. The 3D Voronoi diagrams approach is manipulated to model stochastic foam microstructure. Also Novel unit cell is proposed based upon Kelvin cell. We implement the hybrid finite element analysis and Voronoi diagram using Python script and Abaqus 2017 commercial finite element method based code for more convenient modeling and efficient analysis. Finally, and after numerical model calibrations, numerical and experimental results showed good agreement. مواد متخلخل به ویژه فوم‌های فلزی از جمله مواد با کاربرد جذب انرژی و نسبت استحکام به وزن بالا‌‌اند. در مقاله حاضر رفتار شبه استاتیکی فشار محوری نمونه‌های فوم آلومینیومی تابعی و تیوب‌های پرشده از فوم به صورت عددی و تجربی مورد تحلیل قرار می‌گیرد. برای ایجاد مدل عددی نمونه‌های تابعی، لایه‌های مختلف مکعبی فوم با چگالی‌ها و تنش‌های تسلیم متفاوت روی یکدیگر جانمایی شده است. نمونه‌ها عبارتند از تابعی دو و سه لایه و نیز فوم غیر تابعی تک لایه به صورت درون تیوب و بدون آن. برای صحه‌گذاری مدل عددی و نیز تخمین خواص غیرخطی فوم از تست‌های استاندارد فشار محوری استفاده شده است. به منظور ارتقای استحکام و جذب انرژی از یک طرف و قابلیت ساخت سفارشی از طرف دیگر، نمونه‌های فوم داخل تیوب‌های آلومینیومی با مقطع مربعی جانمایی شده‌اند. در مدل‌سازی ریزساختار تصادفی از دیاگرام ورونویی استفاده شده است. به علاوه در مدل‌سازی، سلول واحدی مبتنی بر سلول کلوین ارائه گردیده است. برای افزایش کارایی و سهولت در مدل‌سازی، رویکرد ترکیبی اجزای محدود و دیاگرام ورونویی به کمک قابلیت ماکرونویسی پایتون، در نرم‌افزار آباکوس پیاده‌سازی شده است. نهایتا با کالیبراسیون مدل عددی، تطابق مناسبی میان نتایج تحلیل عددی و تست‌های تجربی مشاهده شده است. https://mej.aut.ac.ir/article_3401_7fcc48d22804dbbe9b66b607d51389d4.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 05 15 An Experimental Investigation on Tensile and Impact Properties of Bagasse/Polypropylene Natural Composite بررسی تجربی خواص مکانیکی و میکروساختار کامپوزیت تولید شده با الیاف طبیعی باگاس/پلی‌پروپیلن 2149 2160 3435 10.22060/mej.2019.15715.6197 FA شهروز یوسف زاده دپارتمان مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد الیگودرز، الیگودرز محمد کشفی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آیت ا... بروجردی پرویز کحال گروه مهندسی مکانیک/ دانشگاه آیت اله العظمی بروجردی عباس انصاری اصل دانشگاه آزاد اهواز Journal Article 2019 02 03 Sugarcane bagasse is one of the most abundant types of natural fibers which can be utilized to fabricate natural composite materials. Since bagasse is one of the wastes of Khuzestan province sugarcane factories, recycling might be an opportunity to enjoy its economic and environmental benefits. In the present study, the mechanical and microstructural properties of Bagasse/Polypropylene natural composite fabricated by the injection molding method were investigated. Bagasse fibers after the drying process were mixed up to polypropylene with 10, 30, 40 and 50% weight fraction of bagasse. In order to investigate the mechanical properties, experimental tests consist of tensile test and Charpy impact tests were carried out. The results showed that the maximum material strength was obtained from the sample made of 40% weight fraction of bagasse. The strength of 40% bagasse was found about 10%more than 50% bagasse. The microstructural analysis indicated that the failure mechanism of 40% bagasse was mainly affected by fiber breakage. However, the main failure mechanism of 50% bagasse was changed to fiber pull out. Additionally, impact absorbed energy was significantly decreased by increasing the bagasse weight fraction. باگاس نیشکر یکی از فراوان‌ترین انواع الیاف طبیعی است که می‌توان در ساخت کامپوزیت‌ها از آن استفاده نمود. ازآن جا که باگاس یکی از پسماندهای کارخانه‌های نیشکر است، استفاده از آن در منطقه خوزستان به دلیل فراوانی می‌تواند نه تنها صرفه اقتصادی به دنبال داشته باشد بلکه می‌توان به عنوان ماده‌ای سازگار با محیط زیست از آن بهره برد . در این پژوهش خواص مکانیکی و میکروساختار کامپوزیت تولید شده از الیاف باگاس نیشکر و پلیمر پلی پروپیلن به روش قالب‌گیری تزریقی به‌صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. الیاف باگاس مورد استفاده در نمونه‌ها به صورت پودر خشک و در چهار سطح 10 ، 40،30 و 50 درصد وزنی به عنوان فاز تقویت کننده به پلی‌پروپیلن اضافه شدند. جهت بررسی خواص مکانیکی، آزمایش کشش و مقاومت در برابر ضربه بر روی نمونه‌ها با رعایت تکرارپذیری صورت گرفت. نتایج نشان داد که 40 درصد وزنی باگاس بهترین استحکام را در ترکیب با پلی‌پروپیلن به همراه دارد. همچنین، افزودن باگاس بیش از 30 درصد وزنی منجر به کاهش محسوس مقاومت به ضربه و کرنش شکست نمونه‌ها می‌گردد. با مقایسه و بررسی آزمایش میکرو ساختاری از سطح شکست نمونه‌های دارای 40 و 50 درصد وزنی باگاس مشاهده شد که سازوکار خرابی کامپوزیت از شکست به بیرون کشیدگی الیاف تغییر کرده است. این موضوع منجر به افزایش استحکام نمونه دارای 40 در صد وزنی نسبت به 50 درصد وزنی باگاس شده است. https://mej.aut.ac.ir/article_3435_5b970a1d9be0fd100063fd6cd688b73e.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 03 25 Damping Modeling in Dual Axis Torsion Micro-Actuators Considering the Bending of the Supporting Beams مدل‌سازی میرایی در میکرومحرک های‌‌ پیچشی دو محوره با درنظر گرفتن خمش تیرهای نگهدارنده 2161 2176 3353 10.22060/mej.2019.15181.6060 FA مژده خادم باشی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران حمید معین فرد دانشگاه فردوسی مشهد Journal Article 2018 10 29 Torsional micro-actuators are employed in a variety of applications such as optical switches and biomedical imaging. Squeezed film damping is one of the important energy loss mechanisms in these systems. This kind of damping is a key factor in the performance characterization of micro-electro-mechanical systems and has been paid attention by many researchers. The objective of this paper is modeling the squeeze film air damping in dual axis torsional micro-actuators by considering the bending of the supporting torsion beams. To do so, first, the air inertial effects is neglected compared to its viscosity and the Reynolds equation governing the behavior of trapped air between the actuator and the underneath plate is simplified. The resulting equation is then normalized and solved using the extended Kantorovich method for obtaining the air pressure distribution under the plate. This pressure distribution is then employed for finding the damping force and torques. A parametric study is also carried out to determine the effect of different design parameters on the damping of the system. The results of this paper can be effectively employed for accurate dynamic modeling of dual axis torsional micro-actuators. میکرومحرک‌های پیچشی در کاربردهای متعددی از جمله سوئیچ‌های نوری، تصویربرداری زیست پزشکی و نورشناسی مورد استفاده قرار می‌گیرند. میرایی لایه هوای فشرده یکی از مکانیز مهای اتلاف انرژی در این میکرومحرک‌ها می‌باشد. این میرایی، یک عامل کلیدی در تع یین عملکرد دینامیکی سیستم‌های میکروالکترومکانیکی می‌باشد که به طور گسترده مورد توجه محققان قرار گرفته است. هدف از این مقاله نیز، مدل‌سازی میرایی لایه هوای فشرده در میکرومحرک‌های پیچشی دو محوره با درنظر گرفتن اثر خمشی تیرهای نگهدارنده می‌باشد. بدین منظور ابتدا معادله رینولدز حاکم بر رفتار هوا حبس شده در زیر میکرومحرک نوشته و سپس با توجه به شرایط مسئله و صر فنظر از اثرات اینرسی هوا در مقایسه با اثرات لزجت، معادله رینولدز، ساده‌سازی شده است. معادله حاصل پس از بی‌بعدسازی، با استفاده از روش گسترش یافته‌ی کانتروویچ، حل شده و توزیع فشار هوای فشرده به دست آمده است. از توزیع فشار حاصله به منظور محاسبه نیرو و گشتاور میرایی لایه هوای فشرده استفاده شده است. در ادامه، تأثیر پارامترهای طراحی میکرومحرک دو محوره روی گشتاورهای میرایی بررسی شد و برای تحلیل دقیق‌تر اثر این پارامترها برروی گشتاورها و نیروی بابعد نیز مورد مطالعه قرار گرفت. از نتایج این مقاله می‌توان به خوبی برای مدل‌سازی دقیق دینامیک و کنترل میکرومحرک‌های پیچشی استفاده کرد. https://mej.aut.ac.ir/article_3353_8b9e7ab295e87570551db122a04c6f7c.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 06 24 Nonlinear Vibration and Stability Analysis of Thermally Postbuckled Double-Layered Graphene Sheet بررسی ارتعاشات غیرخطی بعد از کمانش ناشی از بار حرارتی و تحلیل پایداری نانوورق گرافن دو لایه 2177 2194 3479 10.22060/mej.2019.15499.6158 FA غلامعلی ورزندیان دانشگاه یاسوج، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی مکانیک سیما ضیایی دانشگاه یاسوج، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی مکانیک مهرداد فرید دانشگاه شیراز، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی مکانیک عباس نیک نژاد دانشگاه یاسوج، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی مکانیک Journal Article 2019 01 01 In the present research, the vibration behavior is presented for a thermally postbuckled double layered graphene sheet. For this purpose, the graphene sheet is modeled as a non-classical orthotropic plate. The formulations are based on the Kirchhoff’s plate theory, and the von Karman-type nonlinearity is considered in the strain-displacement relations. Eringen’s nonlocal elasticity theory is employed to incorporate the size effects. The thermal effects, van der Waals forces between layers and chirality are also included and the material properties are assumed to be temperature-dependent. A semi analytical solution is obtained using multiple time scales method. The effects of variation of the small scale parameter to the natural frequencies, deflections and response curve of double layered graphene sheet are analyzed and the numerical results are obtained from the nonlocal plate model. Numerical results are compared with those of similar researches. Effects of various parameters on the postbuckled vibration of graphene sheet in thermal environments such as the scale parameter, length, and thermal load are presented. The stability of vibration modes around a buckled configuration is investigated. The results show that the scale parameter and thermal changes have very important roles on the nonlinear vibrational behavior of the nano scale buckled structures. در این تحقیق رفتار ارتعاش بعد از کمانش یک نانو ورق گرافن دولایه تحت بار حرارتی بررسی شده است. بدین منظور، نانو ورق گرافن به صورت یک ورق اورتوتروپیک غیرکلاسیک مدل شده است که در آن اثر مقیاس کوچک لحاظ شده است. فرمول بندی مسئله بر اساس تئوری ورق کیرشهف انجام شده که فرضیات غیرخطی فون کارمن در روابط کرنش – جابجایی در نظر گرفته شده است و از تئوری الاستیسیته غیر محلی ایرینگن برای اعمال اثر اندازه بهره گرفته شده است. اثرات حرارتی، نیروهای واندروالس بین لایه‌ای و کایرالیتی نیز در نظر گرفته شده و خواص مواد وابسته به دما فرض شده است. به کمک روش مقیا سهای زمانی چندگانه یک پاسخ نیمه تحلیلی به دست آمده است. اثر تغییر مقیاس کوچک بر فرکانس‌های طبیعی، جابجایی و منحنی پاسخ بررسی و نتایج عددی با استفاده از مدل نانو ورق غیرمحلی استخراج شده است. نتایج عددی با نتایج تحقیقات مشابه مقایسه شده است. تأثیر پارامترهای مختلف بر ارتعاشات بعد از کمانش نانو ورق گرافن دولایه در محیط حرارتی از جمله پارامتر مقیاس، ابعاد، و بار حرارتی ارائه شده است. پایداری مودهای ارتعاشی حول یک وضعیت کمانشی بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که پارامتر مقیاس و تغییر دما نقش مهمی در رفتار ارتعاش غیرخطی نانوساختارهای کمانش کرده دارند. https://mej.aut.ac.ir/article_3479_6950aa02ae8613af620668146dd11840.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 05 10 Free Vibration Analysis of Doubly Curved Composite Sandwich Panels with Variable Thickness تحلیل ارتعاش آزاد پنل های دوانحنایه ساندویچی مرکب با ضخامت متغیر 2195 2212 3408 10.22060/mej.2019.15404.6115 FA مصطفی لیوانی سازه، دانشکده هوافضا، دانشگاه هوایی شهید ستاری کرامت ملک‌زاده فرد دانشگاه صنعتی مالک اشتر-مجتمع دانشگاهی هوافضا 0000-0002-4725-6949 Journal Article 2018 12 08 In this research, the free vibration analysis of doubly curved composite sandwich panels with variable thickness is studied using higher order sandwich panel theory. For the first time, considering different radii of curvatures of the face sheets in this paper, the thickness of the core is a function of plane coordinates (x,y). In addition, in the current model, the continuity conditions of the transverse shear stress, transverse normal stress and transverse normal stress gradient at the layer interfaces, as well as the conditions of zero transverse shear stresses on the upper and lower surfaces of the sandwich panel are satisfied, which is unique. The vertical displacement component of the face sheets is assumed as a quadratic one, while a cubic pattern is used for the in-plane displacement components of the face sheets and all displacement components of the core. The equations of motion and boundary conditions are derived using the Hamilton principle. The effects of some important parameters including composite layup sequences, length to width ratio, varying properties of the face sheets materials, Face sheet thicknesses ratio and varying materials of the face sheets were investigated. The results are validated by the latest results published in the literature. در این پژوهش، ارتعاشات آزاد پنل‌های ساندویچی دوانحنایه با ضخامت متغیر با استفاده از تئوری مرتبه بالای جدید مطالعه می‌شود. برای اولین بار، بدلیل در نظر گرفتن شعاع‌های انحنای متفاوت برای رویه‌ها، ضخامت هسته متغیر و تابعی از مختصات درون صفحه‌ای می‌باشد. به علاوه، در مدل جدید ارائه شده در این پژوهش، شرایط پیوستگی تنش برشی عرضی، تنش نرمال عرضی و گرادیان تنش نرمال عرضی در فصل مشترک رویه‌ها با هسته، همچنین شرایط صفر بودن تنش‌های برشی عرضی روی سطوح خارجی رویه‌ها ارضا می‌شود. معادلات بر مبنای تئوری مرتبه بالای پنل‌های ساندویچی ارتقا ی افته استخراج گردید، به طوری که تابعی مرتبه دوم برای مؤلف هی عرضی جابجایی رویه‌ها و تابعی درجه سه برای مؤلفه‌های جابجایی درون صفحه‌ای رویه‌ها و همه‌ی مؤلفه‌های جابجایی هسته در نظر گرفته شد. معادلات حاکم و شرایط مرزی بر مبنای اصل همیلتون به دست آمدند. اثرات لایه‌ چینی‌های مختلف، نسبت طول به عرض پنل، تغییر خواص مواد رویه‌ها، نسبت ضخامت‌های رویه‌ها و جنس‌های مختلف مواد رویه‌ها روی ارتعاشات آزاد پنل‌های ساندویچی دوانحنایه با ضخامت متغیر بررسی شد. نتایج حاصل از تئوری حاضر با نتایج موجود در مراجع اعتبارسنجی شده است. https://mej.aut.ac.ir/article_3408_734e6bfcd358e25ac1db0a4241b95651.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 04 12 Stress and Vibrational Analysis of Non-Pneumatic Tire and Study the Effect of the Spoke Curvature and Velocity on the Wheel Vibration Using Finite Element Method تحلیل تنش و آنالیز ارتعاشات چرخ بدون باد (توییل) و بررسی تاثیر میزان انحنای پره و سرعت بر ارتعاش چرخ با استفاده از روش اجزای محدود 2213 2230 3368 10.22060/mej.2019.15051.6023 FA فرزانه برادران صنعتی اصفهان، مهندسی کانیک پیمان مصدق صنعتی اصفهان*مهندسی مکانیک رضا تیکنی صنعتی اصفهان*مهندسی مکانیک Journal Article 2018 10 06 Tweel is a new type of non-pneumatic tire. The purpose of this research is to simulate the wheel from the beginning of the movement to reach the speed of 60 km/h and study the effect of spoke curvature and vehicle speed on the vibration amplitudes. Spokes curvature has an effect on the vibrational behavior of the spoke and the wheel. For this reason, in addition to the reference wheel with spokes curvature of 5 mm, two other models with spokes curvature of 4 mm and 6 mm are also modeled. This study has shown that with the change in the curvature of spokes, the amplitude of spokes vibration and its frequencies have changed dramatically. Two important disadvantages of this type of wheels are vibrations and making loud noises at speeds more than 80 km/h. For this purpose, the speed of the wheel in the simulation is increased to 100 km/h. It is observed that at speeds of higher than 70 km/h, the spokes of the wheel are highly vibrated. At this moment, spokes vibrational frequencies are as same as their natural frequencies and the resonance occurs. As a result, the designed wheel is useful at speeds lower than 70 km/h. چرخ توییل گونه‌ی جدیدی از چرخ‌های بدون باد می‌باشد که در حال گذراندن مراحل تحقیقاتی به منظور جایگزینی تایرهای خودرو می‌باشد. در این تحقیق هدف شبیه‌سازی چرخ از ابتدای حرکت تا رسیدن به سرعت 60 کیلومتر بر ساعت و بررسی ارتعاشات و تأثیر انحنا و سرعت بر مقدار آن می‌باشد. میزان انحنای پره بر روی ارتعاش پره و در نتیجه ارتعاش چرخ تاثیرگذار است. به همین منظور علاوه بر پره مرجع با انحنای 5 میلی‌متر، دو مدل پره‌ی دیگر با انحناهای 4 و 6 میلی‌متر طراحی گردیده و نشان داده شد که با تغییر در انحنای پره‌ها دامنه‌ی ارتعاش پره‌ها و فرکانس‌های ارتعاشی آ نها به شدت تغییر می‌کنند. یکی از معایب این نوع چرخ‌ها، ارتعاشات و ایجاد سر و صدای زیاد در سرعت‌های بالاتر از 80 کیلومتر بر ساعت می‌باشد. بدین منظور چرخ با سرعت 100 کیلومتر بر ساعت به دوران درآمد. در سرعت‌های بالاتر از 70 کیلومتر بر ساعت مشاهده شد که پره‌های چرخ به شدت ارتعاش کردند به گونه‌ای که فرکانس ارتعاش پره‌ها با فرکانس طبیعی آ نها یکسان شده و پدیده‌ی تشدید رخ داد. نتیجه‌ی نهایی این می‌باشد که چرخ طراحی شده برای استفاده در وسایل نقلیه با سرعت حرکت پایین‌تر از 70 کیلومتر بر ساعت مناسب هستند. https://mej.aut.ac.ir/article_3368_165a59f7cf3b5c4396ba65953d679f17.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2018 09 23 Dynamic Behavior of a Micro-Beam Subjected to Voltage and Fluid Flow as a Micro Vortex Generator بررسی رفتار دینامیکی میکروتیر تحت اثر ولتاژ و جریان سیال به عنوان میکروتولیدکننده گردابه 2231 2242 3089 10.22060/mej.2018.14469.5881 FA موسی رضائی دانشگاه تبریز ناصر شرفخانی داشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران. محمدتقی شروانی تبار تبریز*مهندسی مکانیک 0000-0002-6668-9096 Journal Article 2018 06 02 The present work investigated the nonlinear vibration of a cantilever cylindrical micro-beam subjected to voltage and fluid flow as a micro vortex generator. As the microbeam is subjected to the fluid with a given velocity, in addition to the load due to fluid added mass, the lift and drag forces as the two basic flow-induced factors affecting the dynamics of the micro-beam were modeled using Van der pol equation. The Euler-Bernoulli beam theory was used to model the cross fluid motion of beam under nonlinear electrostatic force as a result of the applied voltage. The Galerkin method was used to convert the partial differential equation to regular differential equations as well as to solve the coupled nonlinear equations governing the micro-beam motion and the wake oscillation to evaluate the response of the coupled structure to a combined applied voltage and fluid flow. The effect of fluid flow on the Reynolds number and fluid vortex frequency as two main parameters in the creation of the Lock-in phenomenon was studied. In addition to the effect of different fluid velocities, the response of the micro-beam to different input voltages in the presence of fluid flow was investigated and it was shown that for a given flowing fluid, the applied voltage can be used to control the lock-in regime. در این تحقیق ارتعاشات غیرخطی میکروتیر یک سر گیردار تحت اثر همزمان ولتاژ و جریان سیال به عنوان میکروتولیدکننده گردابه مورد مطالعه قرار گرفته است. با توجه به اینکه میکروتیر موردنظر در معرض جریان سیال با سرعت معین قرار دارد، علاوه بر نیروی ناشی از جرم افزوده سیال، اثر نیروهای برآ و پسا به عنوان دو پارامتر مهم ناشی از جریان سیال بر ارتعاش میکروتیر با استفاده از معادله واندرپل شبیه‌سازی گردید. از تئوری تیر اویلر-برنولی جهت مد لسازی ارتعاش میکروتیر تحت اثر نیروی غیرخطی الکترواستاتیک ناشی از اعمال ولتاژ در جهت عمود بر جریان سیال استفاده گردیده و نشان داده شد که با توجه به اثر متقابل حرکت ساختار و نوسان سیال، معادلات حاکم به هم وابسته می‌باشند. جهت تبدیل معادلات با مشتق جزئی به معادلات دیفرانسیل معمولی از روش عددی گلرکین استفاده نموده و پاسخ سیستم به اثر ولتاژ در حضور جریان سیال مورد بررسی قرار گرفت. اثر جریان سیال بر عدد رینولدز و فرکانس گردابه سیال به عنوان دو عامل مهم در ایجاد پدیده گردابه مورد مطالعه قرار گرفته و پاسخ سیستم به سیال با سرعت‌های جریان مختلف به دست آمد. همچنین اثر ولتاژهای اعمالی مختلف بر پاسخ سیستم تحت اثر جریان سیال معین مورد بررسی قرار گرفته و از آن برای کنترل ناحی های که در آن پدیده قفل‌شدگی اتفاق می‌افتد استفاده گردید. https://mej.aut.ac.ir/article_3089_ccd2e3eaa5c991ac880991328c8f1463.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 04 22 The Effect of Curvature of Microbeam and Electrode on the Snap-Through and Pull- In Instabilities تاثیر انحنای میکروتیر و الکترود بر ناپایداری‌های جذب و اسنپ-ترو 2243 2260 3373 10.22060/mej.2019.15562.6157 FA احسان اکرمی نیا مهندسی مکانیک، مهندسی، فردوسی مشهد، مشهد، ایران 0000-0003-4085-4564 حمید اختراعی طوسی مهندسی مکانیک، مهندسی، فردوسی مشهد، مشهد، ایران 0000-0003-2609-8504 Journal Article 2018 12 31 Due to the pull-in instability, the sustainability of micro-electro-mechanical systems is vulnerable. One of the proposed mechanism to improve the stability of these systems is the use of curved microbeams. The curvature causes the snap-through phenomenon by which the microbeam moves to its second stable position. Despite the advantages of snap-through, sometimes it leads to unstable conditions. In order to use the merits of curved structure and avoid the snap-through effect, in the present study, the performance of a structure composed of curved electrode is investigated. By assuming the Euler-Bernoulli beam theory and based on the modified couple stress theory, the governing equation is obtained by using Hamilton’s principle. This equation is converted to a nonlinear ordinary differential equation by using the reduced-order model based on Galerkin procedure. The numerical solution is formulated and obtained by using the MATLAB software. The performance of the systems composed of curved microbeam and curved electrode are compared with each other, as well as with the systems made of straight elements. The results show that in cases where snap-through may cause unstable conditions, the use of curved electrode can result in more sustainable behavior in a wider range of position and voltage levels. وقوع ناپایداری جذب در سیستم‌های میکروالکترومکانیکی، آ نها را به عنوان سیستم‌هایی آسیب‌پذیر از نظر پایداری معرفی می‌کند. میکروتیرهای منحنی یکی از راه حل‌های پیشنهادی برای افزایش محدوده کاری سیستم می‌باشد. این انحنا سبب وقوع اسنپ-ترو خواهد شد که طی آن میکروتیر با یک ارتعاش دامنه بزرگ به حالت پایدار دوم خود منتقل می‌شود. علی‌رغم مزیت‌های این پدیده، گاهی شروع آن به ناپایداری سیستم ختم خواهد شد. به منظور استفاده از مزایای انحنای سازه و دوری جستن از معایب اسنپ-ترو، در پژوهش حاضر عملکرد سازه دارای الکترود منحنی بررسی شده است. در این راستا معادله دیفرانسیل حاکم با فرض تئوری تیر اولر-برنولی، به کمک اصل همیلتون و بر اساس تئوری تنش-کوپل بهبود یافته به دست آمده است. این معادله با استفاده از روش تجزیه گالرکین به یک معادله دیفرانسیل معمولی غیرخطی تبدیل شده و حل عددی آن توسط نرم‌افزار متلب به دست آمده است. نمودار تغییرات بیشترین خیز میکروتیر در برابر اختلاف پتانسیل رسم شده و مشخصه‌های آغاز ناپایداری هر سیستم محاسبه شده است. نتایج حاصل نشان می­دهد که در نسبت‌های انحنا به گپی که اسنپ-ترو سبب از دست رفتن پایداری میکروتیر منحنی می‌شود، استفاده از الکترود منحنی منجر به پایداری سازه تا موقعیت و ولتاژ بالاتری خواهد شد. https://mej.aut.ac.ir/article_3373_0084ae4bc24c0795d1e6a4f58444d39b.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 07 07 Edgewise Vibration Reduction of a Small-Scale Wind Turbine Blade with Considering Vibration Coupling کاهش ارتعاشات صفحه ای پره توربین باد مقیاس کوچک با در نظر گرفتن کوپلینگ ارتعاشات 2261 2276 3508 10.22060/mej.2019.15531.6151 FA حامد بیگلری گروه طراحی کاربردی، دانشکده مهندسی مکانبک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران وحید فخاری دانشگاه شهید بهشتی، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی 0000-0001-8370-0501 Journal Article 2018 12 29 Edgewise vibration in wind turbine blades is one of the important factors that results in reducing the performance of wind turbines. In this paper, an optimally tuned mass damper is proposed to reduce edgewise vibration of a small-scale horizontal axis wind turbine blade (5 kW) with considering the coupling between edgewise and flapwise vibrations. For this purpose, partial differential equations governing dynamics of the system are derived using the Lagrange method. These equations are completely nonlinear and linearization is not performed to avoid possible errors in the analysis and also, the blade is considered as a flexible member. In deriving governing equations, coupling effect between in-plane and out-of-plane vibrations of the blade, and effect of centrifugal forces and gravity are considered. In order to reduce vibration of the blade, a tuned mass damper is used and its parameters are optimized using one of the genetic algorithm methods for a real blade sample. Finally, with applying wind force as a sweep sine excitation, effectiveness of the optimized tuned mass damper in vibration reduction of the blade is investigated and the related results are presented. Results show that the wind turbine blade vibration reduction is achieved properly using the optimally tuned mass damper. در این مقاله، کاهش ارتعاشات صفحه‌ای یک نمونه پره توربین باد محور افقی مقیاس کوچک ) 5 کیلو وات( با استفاده از میراگر جرمی تنظیم شده بهینه و با در نظر گرفتن کوپلینگ میان ارتعاشات داخل و خارج از صفحه پره مورد بررسی قرار می‌گیرد. به این منظور، ابتدا معادلات دیفرانسیل حاکم بر دینامیک پره به همراه میراگر جرمی با استفاده از روش لاگرانژ استخراج می‌گردند. برای اجتناب از خطا در تحلیل، از خطی سازی معادلات سیستم خودداری شده و پره به صورت عضو انعطاف پذیر در نظر گرفته می‌شود. در استخراج معادلات حاکم، اثر کوپلینگ میان ارتعاشات صفحه‌ای و ارتعاشات خارج از صفحه پره و همچنین تأثیر نیروهای گریز از مرکز و جاذبه در نظر گرفته می‌شود. در ادامه، به منظور کاهش ارتعاشات صفحه‌ای پره، از میراگر جرمی استفاده می‌شود و پارامترهای آن با استفاده از یکی از روش‌های الگوریتم ژنتیک برای یک نمونه پره واقعی بهینه‌سازی می‌گردد. در نهایت، با اعمال نیروی باد به صورت سینوسی با فرکانس متغیر، تأثیر میراگر در کاهش ارتعاشات پره در چهار سرعت باد مختلف مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصل ارائه می‌گردند. نتایج به دست آمده نشان دهنده کاهش مطلوب دامنه ارتعاشات پره توربین باد با استفاده از میراگر جرمی بهینه است. https://mej.aut.ac.ir/article_3508_7d2be41b1bde6ff8fe45150c37488ebb.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 05 03 Modeling and Sliding Mode Control of Rotating Helical Pump مدلسازی دینامیکی و کنترل مود لغزشی پمپ مارپیچ دوار 2277 2292 3398 10.22060/mej.2019.15770.6198 FA بهنام میری پور فرد دانشگاه گیلان*استادیار دانشکده مهندسی مکانیک امیر حسام سجادی نیا دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید چمران اهواز فرشاد هاشمی نادر دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید چمران اهواز Journal Article 2019 02 04 Two-phase fluids transportation is very important in the industry. Rotating helical pump is a special form that can be used to transfer fluid-gas flows and also to generate pulsatile flows. The structure of this pump differs from conventional pumps and its geometry can be changed during operation. In this paper, while demonstrating a fabricated second version of the rotating helical pump, a dynamic analysis is performed for the first time and the governing equations are extracted based on the input control variables (rotational speed and tilt angle of the pump). In the dynamical analysis, a rotating control volume corresponding to a spiral tube is considered. In order to determine the values of the inputs corresponding to the desired outputs, we use the non-dimensional characteristic curves of the pump that was published in the previous study. Then the control is performed on the basis of two input variables to reach the desired pump head and flow rate. A sliding mode controller is implemented. The results include governing equations of the rotating helical pump that can be used in future studies. Moreover, the results show the success of the sliding mode method in control of the pump. انتقال سیالات دوفازی در صنعت اهمیت ویژه‌ای دارد. پمپ مارپیچ دوار یک شکل خاص از پمپ است که برای انتقال جریان دوفازی گاز-مایع و همچنین ایجاد جریان ضربانی قابل استفاده است. ساختار این پمپ با پمپ‌های مرسوم تفاوت دارد و هندسه آن در حین کار قابل تغییر است. در این مقاله، ضمن ساخت نسخه دوم این پمپ، برای اولین بار تحلیل دینامیکی انجام شده است و معادلات حاکم بر رفتار آن بر اساس متغیرهای کنترلی ورودی )سرعت دورانی و زاویه شیب پمپ( استخراج شده است. در تحلیل دینامیکی یک حجم کنترل چرخان منطبق بر لوله مارپیچ در نظر گرفته شده است. به منظور تعیین مقادیر ورودی‌های متناظر با خروجی‌های مطلوب، از منحنی‌های مشخصه بی بعد پمپ که در پژوهش قبلی منتشر شده است، استفاده می‌شود. سپس کنترل پمپ بر اساس دو متغیر ورودی انجام می‌شود تا میزان ارتفاع و نرخ جریان پمپ به مقدار مطلوب برسد. کنترل مود لغزشی بر روی این سیستم پیاده سازی شده است. نتایج کنترل پمپ برای مقدار دلخواه مطلوب ارتفاع و نرخ جریان به صورت نمودارهای متغیرهای کنترلی و سیگنال کنترلی نشان داده شده است. از ویژگی‌های جذاب این پمپ آن است که در دورهای پایین هم امکان انتقال سیال را دارد و بدون تغییر دادن دور هم می‌توان نقطه کارکرد آن )ارتفاع-نرخ جریان( را تغییر داد. نتایج مقاله شامل معادلات دینامیکی استخراج شده پمپ مارپیچ دوار است که در پژوهش‌های آتی می‌توان از آن استفاده نمود. همچنین نتایج حاکی از موفقیت روش مود لغزشی در کنترل پمپ است. https://mej.aut.ac.ir/article_3398_384babc3e7faa44cf1ca671b74499c3b.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 04 28 Design of a Hybrid Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System Proportional–Integral– Derivative Controller for Vibration Mitigation of a Structure against Earthquake طراحی کنترل کننده ترکیبی فازی-عصبی تطبیقی و تناسبی-انتگرالی-مشتقی برای کاهش ارتعاشات سازه در برابر زلزله 2293 2316 3385 10.22060/mej.2019.15513.6141 FA سید مهدی حداد بایگی گروه برق، موسسه آموزش عالی خراسان، مشهد، ایران 0000-0001-6678-3149 جواد فرجی گروه برق، موسسه آموزش عالی خراسان، مشهد، ایران علی کارساز گروه برق،موسسه آموزش عالی خراسان، مشهد، ایران Journal Article 2018 12 26 This paper proposes a new hybrid controller based on combining adaptive neuro-fuzzy inference system method and proportional–integral–derivative controller, for vibration mitigation of structural system. The proposed controller although has the proportional–integral–derivative controller features, create a fuzzy inference system that has fewer bugs and errors than neural networks in calculations. The whale optimization algorithm is used for optimum tuning of the proposed method and also for identification of parameters related to the experimental structure. Considering four well-known earthquake real data the performance of the proposed controller is evaluated. Then the results are compared with two other controllers namely, fuzzy logic control and adaptive neuro-fuzzy inference system, which are designed for a four-degree of freedom building. The simulation results show that the proposed controller performs better than other strategies which are developed. The results obtained from the simulation show the better performance of the suggested method than the other control methods in reducing the displacement and acceleration of all floors. The results show that the maximum acceleration related to the building’s floors while using proposed method has improvement of 36.3% for the El Centro, 35.4% for the Northridge, 27.7% for the Athens and 22.5% for the Mexico City earthquakes regarding fuzzy control and adaptive neuro-fuzzy inference system control. در این مقاله یک روش جدید مبتنی بر ترکیب سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی و کنترل کننده تناسبی- انتگرالی-مشتقی جهت کاهش ارتعاشات سازه ارائه شده است. الگوریتم کنترلی پیشنهادی علاوه بر دارا بودن ویژگی‌های کنترل‌کننده کلاسیک تناسبی-انتگرالی-مشتقی، از ماهیت تطبیقی شبکه عصبی و استنتاجی منطق فازی جهت استخراج توابع عضویت مناسب با توجه به دامنه ارتعاشات سازه نیز بهره می‌برد. به منظور تنظیم کنترل‌کننده پیشنهادی، و نیز برای شناسایی پارامترهای سازه آزمایشگاهی از الگوریتم بهینه‌سازی نهنگ استفاده شده است. با در نظر گرفتن داده‌های واقعی شتاب زمین مربوط به چهار زلزله مشهور عملکرد کنترل‌کننده پیشنهادی بر روی یک سازه چهار طبقه بررسی شده است، سپس نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی با کنترل‌کننده‌های مرسوم از قبیل کنترل‌کننده فازی به تنهایی و روش کنترلی مبتنی بر سیستم استنتاج فازی-عصبی تطبیقی مقایسه شده است. با توجه به نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی، روش پیشنهادی دارای عملکرد بهتری نسبت به سایر کنترل‌کننده‌های طراحی شده در کاهش جابه‌جایی و شتاب طبقات می‌باشد. همچنین، نتایج نشان دهنده کاهش بیشینه شتاب لرزش طبقات سازه با استفاده از روش کنترل پیشنهادی نسبت به دو روش متداول کنترل فازی و کنترل استنتاج فازی-عصبی تطبیقی به میزان 2/ 36 برای زلزله اِل سنترو، 4/ 35 برای زلزله نورثریج، 7/ 27 برای زلزله آتن و مقدار 5/ 22 درصد برای زلزله مکزیکوسیتی می‌باشد. https://mej.aut.ac.ir/article_3385_131f383b434fdf48079bff1e44e2d9a5.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 03 28 Vibration Analysis of Cable-Driven Parallel Robots to Define Critical Speeds آنالیز ارتعاشی ربات کابلی به منظور تعیین سرعت‌های بحرانی 2317 2328 3359 10.22060/mej.2019.15107.6026 FA مظهر امین پور گروه مهندسی مکانیک- دانشکده مهندسی- دانشگاه کردستان- سنندج- ایران سیروان فرهادی دانشگاه کردستان Journal Article 2018 10 09 Cable-driven manipulators are a generation of parallel cinematic chain robots which provide important features including wide workspace and cost-effective high speed operations. However, due to wideness of the workspace and the flexibility of the cables, they are susceptible to unwanted vibrations which reduce their precision. Therefore, determination of velocity limits in the operation workspace is of high importance. In this study, stability analysis and critical velocities of a four cable plane robot are considered. Governing equations of the system are extracted by use of finite element method and employing variable length element. The characteristic coefficients of the extracted equations are nonlinear and velocity dependent ones. To provide a stability analysis, the equations are linearized assuming that the end-effector experiences quasi-static movements and the system is subjected to low amplitude vibrations. Afterward, the corresponding eigenvalue problem is analyzed and critical speeds of the robot in whole workspace domain are calculated. Furthermore, vibration frequencies corresponding to the unstable eigenvalues are determined. It is observed that system critical speed reduces as the end-effector moves to the boundaries of the workspace. In contrast to this, the frequency of the corresponding unstable modes increases as the end-effector moves to the borders of the workspace. ربات‌های کابلی یکی از انواع ربات‌هایی هستند که زنجیره‌ی سینماتیکی آ نها موازی می‌باشد. ربات‌های کابلی موازی به دلیل استفاده از محرک کابلی به جای بازوهای صلب، دارای ویژگی‌های مهمی همچون فضای کاری گسترده، سرعت و شتاب بالاتر و صرفه اقتصادی مطلوب می‌باشند. از سوی دیگر به دلیل فضای کاری گسترده و خاصیت ذاتی کابل در معرض ارتعاشات ناخواسته قرار دارند به همین دلیل بررسی مدل دینامیکی و ارتعاشی آنها یک ضرورت است. در این تحقیق با تکیه بر روش اجزای محدود و با بهره گیری از المان کابل طول متغیر، روابط دینامیکی حاکم بر یک ربات کابلی صفحه‌ای استخراج می‌شود. ربات مورد تحقیق، یک ربات چهارکابله است که یک فضای مستطیلی را پوشش می‌دهد. معادلات به دست آمده غیرخطی و دارای ضرایب متغیری می‌باشند که تابع سرعت حرکت المان هستند. در این تحقیق، روابط دینامیکی حاکم بر سیستم با فرض حرکت سرعت ثابت عملگر نهایی و با فرض کوچک بودن دامنه ارتعاشات خطی سازی شده‌اند. سپس با حل مسئله مقدار ویژه متناظر، پایداری سیستم در سرعت‌ها و موقعیت‌های مختلف عملگر نهایی بررسی شده و سرعت بحرانی و فرکانس ناپایداری سیستم در موقعیت‌های مختلف تعیین شده است. نتایج عددی به دست آمده نشان می‌دهد که سرعت بحرانی در نقاط گوشه‌ی فضای کاری کمتر است و با حرکت به سمت قسمت‌های میانی فضا افزایش می‌یابد. در مورد فرکانس‌های ناپایداری روند معکوسی را شاهد هستیم، به این صورت که فرکانس پایه در نقاط گوشه بالاتر است و با حرکت به سمت قسمت‌های میانی فضای کاری کاهش می‌یابد. https://mej.aut.ac.ir/article_3359_82b0639a82d0cc70b8f5830fd2b06868.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 52 8 2019 05 05 Impacts of Social Robots in Education and Rehabilitation of Children with Autism in Iran تأثیر ربات های اجتماعی در آموزش و توانبخشی کودکان طیف اُتیسم در ایران 2329 2354 3399 10.22060/mej.2019.15434.6121 FA علیرضا طاهری دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی مکانیک علی مقداری صنعتی شریف*مهندسی مکانیک مینو عالمی دانشکده علوم انسانی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران-غرب، تهران حمیدرضا پوراعتماد پژوهشکده علوم شناختی و مغز، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران Journal Article 2018 12 11  In this study, our objective (as one of the pioneers in Iran) is to explore the clinical application of interactive humanoid robots as medical assistants in the treatment and education of children with autism in order to improve their social and cognitive skills. To reach this goal, we have designed and implemented a set of therapeutic games with the following topics: a) Investigation of social robots’ acceptability and effect on improving the fine/gross movement imitation of Iranian children with autism, b) Exploring the effect of a robot-assisted music-education program on children with autism spectrum disorders’ socio-cognitive skills improvement (as an individual clinical intervention program), and c) The impact of humanoid robots on improving the social and cognitive skills of high-functioning autistic children (as a group clinical intervention program). The results indicated that our robots were accepted by 70 percent of the participants as a communication tool from the first interaction. We also observed improvement in joint attention and fine movement imitation skills of both the high-functioning and low-functioning subjects. It was concluded that the high-functioning children’s social skills improved due to the robot-assisted group therapy sessions, while the stereotyped behaviors of the low-functioning subjects decreased during the course of this program. هدف از پژوهش حاضر، به کارگیری عملی ربات‌های انسان‌نما به عنوان دستیار درمانگر در ارتقای مهارت‌های اجتماعی و شناختی کودکان مبتلا به اتیسم به عنوان یکی از اولین گروه‌های به کارگیرنده‌ی این فن‌آوری در ایران است. جهت نیل به این مقصود، بازی‌های آموزشی-درمانی متنوعی تدوین شده و در چند قالب بر روی کودکان اتیستیک پیاده‌سازی شده است: الف( بررسی مقبولیت ربات‌ها در میان کودکان و مطالعه عملکرد آ نها در بازی تقلیدهای حرکتی درشت و ریز، ب( بررسی تأثیر حضور ربات به عنوان دستیار معلم در آموزش موسیقی به کودکان طیف اتیسم )در برنامه مداخلات انفرادی( با هدف ارتقای مهارت‌های اجتماعی و شناختی آنها، و پ( مطالعه‌ی اثربخشی استفاده از ربات‌ها در افزایش مهارت‌های اجتماعی کودکان عملکرد بالا )در برنامه‌ی مداخلات گروهی دو نفره(. مجموعه نتایج به دست آمده در این پژوهش، حاکی از مقبولیت 70 درصدی ربات‌ها در اولین تعامل کودکان اتیستیک با آ نها بوده است. ارتقای هر دو گروه کودکان عملکرد بالا و پایین در زمینه‌ی مهارت‌های تقلیدی ریز، توجه اشتراکی و ارتباط؛ کاهش نشانگان اتیسم شرکت کنندگان، ارتقا و ماندگاری مهارت‌های اجتماعی کودکان عملکرد بالا؛ و کاهش رفتارهای ناسازگارانه در کودک با عملکرد پایین از اهم یافته‌های این پژوهش است. https://mej.aut.ac.ir/article_3399_57f04bb2975420e3b4c73920c687cad7.pdf