دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Application of Nonconforming Quadtree Grids in the Finite Element Method به‌کارگیری شبکه‌های غیرانطباقی درخت چهارتایی در روش المان محدود 673 686 3661 10.22060/mej.2019.15028.6003 FA محمد جواد کاظم زاده پارسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شیراز Journal Article 2018 09 24 In the standard finite element method, the edges of the adjacent elements are aligned to each other, and the corner of an element does not locate on the edges of another one. If this constraint violates, the mesh is called non-conforming and the use of such meshes in the finite element method requires specific techniques. In the present paper, a new method is suggested for treating non-conforming meshes. Non-conforming meshes appear generally in adaptive mesh refinement processes especially in the quadtree mesh refinement algorithm. The quadtree is a data structure with an extremely fast recursive algorithm and is used to divide a two-dimensional domain into sub-regions or elements. In the present paper, a new approach is proposed to construct the shape functions of such elements. In this method, the shape functions are considered harmonic functions and the Laplace boundary value problem is defined and its solution is used as the shape functions of the non-conforming elements. To evaluate the applicability and accuracy of the proposed method, two numerical examples are solved and the results are presented. The results show that the proposed method can be used to effectively apply the non-conforming meshes in the finite element method. در روش المان محدود استاندارد، وجوه المان‌های مجاور کاملاً بر یکدیگر منطبق بوده و گوشه یک المان بر وجه یک المان دیگر قرار ندارد. در صورتی‌که گره گوشه‌ای یک المان بر روی وجه المان همسایه واقع شود گفته می‌شود که شبکه غیرانطباقی است. استفاده از چنین شبکه‌هایی در روش المان محدود به تکنیک‌های ویژه‌ای نیاز دارد. در مقاله حاضر، یک روش جدید برای استفاده از شبکه‌های غیرانطباقی پیشنهاد شده است. درخت چهارتایی یک ساختمان داده درختی با یک الگوریتم بازگشتی بسیار سریع است و می‌توان از آن جهت شبکه‌بندی نواحی دوبعدی استفاده کرد. المان‌های تولید شده با این روش غیرانطباقی بوده و قابلیت استفاده در روش المان محدود استاندارد را ندارند. در مقاله حاضر ایده جدیدی جهت محاسبه توابع شکل چنین المان‌هایی پیشنهاد شده است. در این روش از حل یک مسئله مقدار مرزی برای استخراج توابع شکل استفاده شده است. شرایط مرزی در این مسئله به ‌نحوی انتخاب شده است که تغییرات توابع شکل در بین هر دو گره مجاور خطی باشد. برای بررسی دقت و کارآیی روش پیشنهادی دو مثال عددی حل شده و نتایج ارائه گردیده است. نتایج نشان می‌دهد که با استفاده از روش پیشنهادی می‌توان از شبکه‌های غیرانطباقی به‌طور موثری در روش المان محدود استفاده کرد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3661_e761813f83dfc86fa1c6e0da5510c3b8.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Numerical Investigation of the Effect of Shell Material and Thickness on the Mechanics of Motorcycle Helmets Impact بررسی عددی اثر جنس و ضخامت پوسته در مکانیک برخورد کلاه ‌ایمنی موتورسیکلت 687 708 3784 10.22060/mej.2020.16512.6379 FA مجتبی قاسم زاده مقدم دانشجوی کارشناسی / دانشگاه حکیم‌سبزواری، سبزوار سیدعلی هاشمیان دانشگاه حکیم سبزواری-دانشکده فنی و مهندسی- گروه مهندسی مکانیک 0000-0002-8190-222X Journal Article 2019 06 10 In motorcycle accidents, the acceleration caused by the collision has a huge risk to the health of the motorcyclists and passengers. In this study, the finite element method was used for dynamic analysis of impact mechanics to predict the effect of the shell material and thickness on the head injury criteria of the helmeted head (including head, shell, foam, comfortable foam and strap). The open-face helmet, including three current market materials, were selected. Head orientation, in most accidents, at the collision moment is oblique. In the simulated impact model, the head is also placed obliquely. The results of this study are validated by the experimental results and valid published data. The simulation results show that there is an optimum thickness for the helmet shell regardless of its material. In order to determine the optimum thickness, there must be compromises between the various parameters such as head injury criteria, shell failure, weight, and price. According to the results obtained for the shell thickness, if the thickness increases, the weight and range of acceleration increase while the probability of shell failure decreases. If the thickness decreases, despite decreasing the acceleration in the head, the stress in the shell increases that leads to failure. در تصادفات موتورسیکلت، شتاب وارد بر سر ناشی از برخورد، خطر بسیار زیادی برای سلامتی موتورسوار و سرنشینان دارد. در این پژوهش با استفاده از مدل اجزاء محدود به تحلیل دینامیکی برخورد مجموعه کلاه ‌ایمنی شامل سر، پوسته، فوم، بالشتک و بند پارچه‌ای برای بررسی اثر ضخامت و جنس پوسته بر معیار آسیب سر (اچ‌آی‌سی) پرداخته شده است. کلاه ‌ایمنی از نوع جلوباز با در نظرگرفتن سه جنس رایج انتخاب شد. در بیشتر تصادفات در لحظه برخورد سر با زمین، نحوه قرارگیری سر به‌صورت مایل می‌باشد. در مدل شبیه‌سازی شده این مقاله، در برخورد نیز سر به‌صورت مایل قرار گرفته است. نتایج به‌دست ‌آمده از این تحقیق با نتایج آزمایشات تجربی و مقالات معتبر تایید شده‌اند. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که ضخامت بهینه‌ای برای کلاه ‌ایمنی صرف‌نظر از جنس آن وجود دارد. برای تعیین ضخامت بهینه باید مصالحه‌ای بین پارامترهای مختلفی چون معیار آسیب سر، شکست پوسته، وزن و قیمت انجام شود. طبق نتایج به‌دست آمده، در صورتی‌که ضخامت افزایش یابد، وزن کلاه و دامنه تغییرات شتاب وارد بر سر افزایش یافته و همچنین احتمال شکست پوسته کاهش می‌یابد. در صورتی‌که با کاهش ضخامت، علی‌رغم کاهش شتاب وارد بر سر، تنش ایجاد شده در پوسته افزایش یافته و منجر به شکست آن می‌شود.

https://mej.aut.ac.ir/article_3784_e16e74a63567ecb44ade5c87002bb1d9.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Spherical Lame-Type Problem in Second Strain Gradient Theory مساله‌ی متقارن کروی در نظریه‌ی‌ گرادیان دوم کرنش 709 728 3680 10.22060/mej.2019.16554.6388 FA فرزانه اجاق نژاد گروه عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه الزهرا، تهران، ایران Journal Article 2019 06 12 Second strain gradient theory is employed to examine the spherical single/double-phase Lame-type problem. Due to the capability of strain gradient theory to capture the effects of the surface, size, and discrete nature of materials, the pertinent relaxed configuration is sought. The theory is written in the spherical coordinate system and the equilibrium equations, stress/strain components, constitutive relations, and tractions are derived. The relaxed configuration is obtained for both the diamond carbon and carbon-coated crystalline silicon shell. Afterwards, the external symmetric loading is applied to the relaxed configuration to analyze the mechanical response. The elastic material parameters are calculated via the quantum computations, lattice dynamics, and material continuum description. The analysis shows that the mechanical response in the augmented theory is significantly different from that in the classical elasticity. For example, in the single-phase problem with an inner and outer radius equal to two and ten lattice parameter, respectively, under a normalized external pressure of about 0.0001, the classic elasticity predicts an approximately constant normalized radial stress of about -0.0001 in the nanoshell. However, in the framework of strain gradient theory, the normalized radial stress is varying from about -0.001 and -0.0002 in the vicinity of the inner and outer boundaries, respectively, to about 0.0003 in the middle of the hollow nanoshell. With increasing the inner radius, the difference between the two results in the middle points decreases. هدف، حل مساله‌ی متقارن کروی یک/دو فازی با استفاده از الاستیسیته‌ی گرادیان دوم کرنش و مقایسه با الاستیسیته‌ی کلاسیک است. نظر به قابلیت گرادیان دوم کرنش در پیش‌بینی اثرات سطح، اندازه و ماهیت گسسته‌ی مواد، مساله‌ی متقارن کروی مدلسازی و تحت اثرات مذکور مطالعه می‌شود. با تبیین گرادیان دوم کرنش در دستگاه مختصات کروی، معادلات تعادل، میدان تنش و کرنش، روابط آنها و نیروهای سطحی استخراج می‌شود. بعد از آسایش سطحی، بارگذاری خارجی متقارن روی سازه اعمال و پاسخ مکانیکی بررسی می‌شود. خواص مکانیکی پوسته‌ تک‌فازی از بلور الماس و پوسته‌ی دوفازی از سیلیکون بلوری با پوشش کربنی مطالعه می‌شود. مقادیر ثابت‌های مواد توسط محاسبات کوانتومی، نظریه‌ی دینامیک شبکه‌ و مدلسازی محیط پیوسته محاسبه می‌شود. محاسبات نشان می‌دهد که پیش‌بینی نظریه‌ی تقویت‌یافته از خواص نانوسازه تفاوت چشمگیری با پیش‌بینی کلاسیک دارد. مثلا، در پوسته‌ی کربنی با شعاع داخلی و خارجی به ترتیب 2 و 10 برابر پارامتر شبکه، تحت بارگذاری فشاری خارجی یکه شده‌ی 0001/0، تنش شعاعی کلاسیک یکه، ثابت و حدود 0001/0- است، درحالیکه در گرادیان کرنش، تنش شعاعی یکه از مقادیر 001/0- و 0002/0- در مرزهای داخلی و خارجی، به ترتیب، به 0003/0 در میانه متغیر است. با افزایش شعاع داخلی، اختلاف دو نظریه در میانه‌ی محیط کاهش می‌یابد اما در نزدیکی سطوح اختلاف قابل ملاحظه است.

https://mej.aut.ac.ir/article_3680_2122c699d5e3d2fa6690771845bd7904.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Study of the Analytical Solutions and Modelling of Nonlinear Buckling in Bellows بررسی روابط تحلیلی و مدل‌‌سازی کمانش غیرخطی در فانوسی‌ها 729 744 3608 10.22060/mej.2019.16539.6394 FA محمد حسن حاج‌باقری فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک،دانشگاه خواجه نصیر تهران امیر رضا شاهانی دانشگاه خواجه نصیر Journal Article 2019 06 17 Bellows are one of the widely used elements in various industries. These elements often contain an internal fluid flow and they are used as the length compensator, vibration absorber, and sealer. Usually, they are under pressure and out of range increasing in pressure can cause buckling of bellows. There are two types of buckling in bellows known as column buckling and in-plane buckling. In this paper first, a comprehensive study was done on analytical solutions of bellows buckling in the literature and then both types of buckling were investigated by using finite element method software ABAQUS and the results were compared with the experimental results that had been reported in references. According to the results, although elastic analysis of bellows buckling gives correct mode shapes, the buckling pressure is several times as much the experimental one. Then, buckling pressure is computed by applying imperfection according to the primary buckling mode shapes and nonlinear analysis was done by the use of the pressure-displacement curve. Finally, the necessary number of buckling mode shapes applied as imperfection and the amount of the mode shape amplitude required was investigated by comparing the results with the experimental one and finally good agreement with experimental results was obtained. فانوسی‌ها یکی از اجزای پرکاربرد در بسیاری از صنایع می‌باشند. غالبا داخل این اجزاء سیالی در حرکت بوده و از فانوسی به عنوان جبران‌کننده طول، نشت‌بند و جاذب ارتعاشات استفاده می‌شود. کارکرد فانوسی‌ها معمولا تحت فشار بوده و افزایش بیش از حد فشار موجب کمانش در فانوسی می‌شود. در فانوسی‌ها دو نوع کمانش رخ می‌دهد که با نام کمانش ستونی و کمانش درون صفحه‌ای شناخته می‌شوند. در این مقاله ابتدا به بررسی روابط تحلیلی ارائه شده پیرامون کمانش فانوسی پرداخته شده سپس با استفاده از نرم‌افزار اجزاء محدود آباکوس کمانش فانوسی‌ها مورد بررسی قرار گرفته و نتایج آن با نتایج تجربی موجود در منابع مقایسه شده است. بر اساس نتایج به‌دست آمده هرچند تحلیل الاستیک پدیده کمانش در فانوسی‌ها شکل مود‌های صحیح و قابل قبولی را نتیجه می‌دهد اما فشار کمانش به‌دست آمده از این تحلیل چندین برابر فشار تجربی می‌باشد. سپس با اعمال نقص به‌صورت جابه‌جایی هم شکل با چند مود ابتدایی کمانش سازه و تحلیل غیرخطی با استفاده از نمودار نیرو-جابه‌جایی، بار کمانش سازه محاسبه گردیده است. در ادامه تعداد مودها و میزان اعمال جابه‌جایی اولیه مورد نیاز با مقایسه نتایج تحلیل عددی با نتایج تجربی موجود مورد بررسی قرار گرفته و همگرایی مناسبی بین نتایج تحلیل عددی و نتایج تجربی به وجود آمده‌است.

https://mej.aut.ac.ir/article_3608_60a0575ee6ce460e1d86c0e9d281c4f1.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Mechanical Properties and Structural Behavior of Bone at Nano Scale with Cohesive Element خواص مکانیکی و رفتار سازه‌ای استخوان در سطح نانو با به‌کارگیری المان‌های چسبنده 745 776 3768 10.22060/mej.2020.16827.6448 FA الهام علیزاده گروه سازه و زلزله، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران مهدی دهستانی گروه سازه و زلزله، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، ایران فیلیپ زیست عضو هیئت علمی و پروفسور بیومکانیک، دانشگاه برن، برن، سوئیس Journal Article 2019 07 25 Bone is a biological tissue whose main components are different from the mechanical aspect. Some of the bone diseases are due to mutations in the bone structure at the nano scale, while their clinical symptoms appear at the macro scale. Therefore, the evaluation of bone at micro and nano scales is important. In the current study, the finite element modeling is performed to evaluate the mechanical properties and behavior of bone at the nano scale and the cohesive element is applied. After its verification, the stress distribution and elastic properties are compared with the analytical model. Limited studies are available on strain ratio and it is presented for different cohesive elements in the current study. The influence of mineral volume fraction and mechanical properties of collagen is investigated. The comparison between finite element models and the other ones demonstrate an excellent agreement. The collagen- hydroxyapatite interface with unknown mechanical properties is the most important parameter in the model and the thick water layer with Van der Waals interaction and viscous shear is determined as the most probable cohesive layer. The parametric studies indicate the significant effect of nonlinear collagen on the model. To decrease the calculation in models, the proposed unit cell with periodic boundary conditions could be employed. استخوان بافت بیولوژیکی معدنی بوده که اجزاء اصلی آن دارای خواص مکانیکی بسیار متفاوتی می‌باشند. علائم بالینی برخی از بیماری‌ها در سطح ماکرو رخ داده ولی علت آن تغییر ساختار استخوان در سطح نانو می‌باشد، بنابراین انجام مطالعات در سطوح نانو و میکرو ضروری می‌باشد. در تحقیق حاضر خواص الاستیک و رفتار استخوان در سطح نانو با روش اجزاء محدود مدل‌سازی شده و از لایه‌های چسبنده استفاده شده است. پس از صحت‌سنجی مدل، نتایج توزیع تنش و خواص الاستیک آن با نتایج تحلیلی مقایسه شده است. نسبت کرنش مواد معدنی به کل مدل که در مطالعات پیشین ارزیابی نشده، برای مصالح بینابینی مختلف ارائه شده است. تاثیر تغییر نسبت حجمی مواد معدنی و خصوصیات مکانیکی کلاژن بر رفتار مدل نیز بررسی شده است. نتایج مقایسه مدل عددی با سایر مدل‌ها نشان دهندۀ تطابق بسیار خوبی می‌باشد. مصالح بینابینی کلاژن و صفحات معدنی با خواصی ناشناخته مهم‌ترین عامل گسیختگی فیبریل کلاژن معدنی بوده و حضور لایه ضخیم آب با پیوندهای واندوالسی و برشی ویسکوز به عنوان محتمل‌ترین لایۀ چسبنده می‌باشد. خواص غیرخطی کلاژن سبب ایجاد تغییرات چشمگیری در مدل شده و جهت کاهش محاسبات در مدل‌های سه‌بعدی، می‌توان از ساختار تک سلولی با شرایط مرزی پریودیک استفاده نمود.

https://mej.aut.ac.ir/article_3768_28d437661d95291767e7402dfe969962.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Age-Based Clustering Prognostics of Gas Turbines and Evaluation of the Proposed Method Robustness in Data Deficient Conditions پیش‌بینی عمر مفید باقیمانده موتورهای توربین‌ گاز به روش دسته‌بندی سنی و بررسی مقاوم بودن روش پیشنهادی در شرایط کمبود داده 777 798 3702 10.22060/mej.2019.16574.6398 FA علی محمودیان دانشجوی دکتری، دانشکده مکانیک، دانشگاه شریف، تهران، ایران محمد دورعلی استاد، دانشکده مکانیک، دانشگاه شریف، تهران، ایران محمود سعادت استاد، دانشکده مکانیک، دانشگاه شریف، تهران، ایران Journal Article 2019 06 18 The acceptable performance of the data-driven prognostics methods usually requires a large amount of data, therefore the performance usually is not desirable for small amount of data. The age clustering method multiplies the volume of the train data through observing data at multiple points. The advantage of the method is that it can be used for learning from a small set of data. The proposed approach is integratable with existing prediction methods and improves the accuracy of their result significantly. In this article, the ABC prognosis framework is described, its effectiveness for prognosis in normal conditions is illustrated in a case study on turbofan engines and a comparison with existing results on the same data is made. The paper continues with a study on the robustness of the proposed method under limited data conditions. The prognosis accuracy is compared for the case study in various conditions of available train data. The results emphasize (1) the efficiency of the method compared to other existing approaches in normally rich data condition and (2) the robustness of the results under limited data condition. روش‌های داده-پایه برای پیش‌بینی عمر، معمولاً نیازمند مقدار زیادی داده برای دستیابی به عملکرد مطلوب می‌باشند. لذا عملکرد آن‌ها به‌طور معمول برای مقادیر کم داده‌های آموزش مطلوب نمی‌باشد. روش پیش‌بینی به کمک دسته‌بندی سنی حجم داده‌های آموزش را از طریق بازتولید مجموعه اولیه داده‌ها افزایش می‌دهد، لذا این روش می‌تواند در مواردی که داده‌های آموزش اندک می‌باشد، استفاده شود. همچنین، ساختار پیشنهادی می‌تواند با بسیاری از روش‌های پیش‌بینی، ترکیب و دقت آن‌ها را به‌طور قابل توجهی بهبود ببخشد. در این مقاله، ساختار مدل پیش‌بینی عمر پیشنهادی شرح و اثربخشی آن برای پیش‌بینی در یک مطالعه موردی در موتورهای توربین گاز بررسی شده است. در بخش نخست، داده‌های کافی برای آموزش در دسترس بوده و نتایج آن با بهترین مقالات ارائه شده بر روی داده‌های مشابه مقایسه شده است. در بخش دوم، مقاوم بودن روش پیشنهادی در شرایط حجم داده‌های آموزش محدود بررسی شده است. در این قسمت خطای پیش‌بینی عمر برای موارد مختلف با حجم محدود داده‌های آموزش مقایسه شده است. نتایج این تحقیق اولاً بهره‌وری روش پیشنهادی را در مقایسه با سایر رویکردهای موجود نشان می‌دهد، و دوم مقاوم بودن روش را (در شرایط داده‌های محدود) نشان می‌دهد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3702_a928731e103dfc64c0027fa84709689e.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Finite Element Modeling of a Novel Magnetic Shape Memory Alloy Based Energy Harvester Using a Corrugated Beam and Investigating the Effective Parameters مدل‌سازی اجزا محدود یک برداشت‌کننده انرژی نوآورانه با استفاده از آلیاژ حافظه‌دار مغناطیسی بر پایه تیر موج‌دار و بررسی پارامترهای موثر بر آن 799 814 3710 10.22060/mej.2019.16355.6341 FA امید صفری کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران محمدرضا ذاکرزاده دانشگاه تهران*مهندسی مکانیک مصطفی باغانی دانشگاه تهران-مهندسی مکانیک Journal Article 2019 05 17 In recent years demand for mobile electrical power has been increased and due to this application, energy harvester systems have been developed to convert mechanical energy into suitable electrical energy using smart materials. In this investigation, a novel arrangement of a new energy harvester using magnetic shape memory alloys is developed. Elements of smart materials () are attached to a corrugated beam and their roots are fixed to the base support. The reason for using the corrugated beam is to increase the stiffness of the structure in less thickness and also to increase the effective strain field in smart material elements. This feature reduces the length of the system and the occupied volume. The way of harvesting energy from this system is based on the conversion of vibrational energy to the magnetic flux gradient. That is to say; there is a number of copper coils wrapped around the elements in a constant magnetic field. If strain or stress field is applied to the smart material elements, some variants in a specific direction are changed and as a result, the electrical current is induced to the coils. The alternating current voltage is produced as a result of the change in the magnetic flux of the surrounding coil according to Faraday’s Law. The problem is studied with simulations in Abaqus using user material code for modeling behaviour of magnetic shape memory alloy elements. Also, to simulate the material properties of smart material substance, Kiefer and Lagoudas nonlinear model is used. It will be shown the effect of various parameters on the output voltage value. در سال‌های اخیر کاربرد منابع انرژی سیار و در نتیجه سیستم‌های استحصال انرژی جهت استفاده از منابع انرژی محیط، افزایش پیدا کرده است. در این تحقیق، یک چیدمان نوآورانه برای یک سیستم بازیابی انرژی با استفاده از آلیاژ حافظه‌دار مغناطیسی () تحت بستر یک تیر موج‌دار یک‌سر درگیر و تاثیر پارامترهای محیطی بر ولتاژ بدست آمده، به روش اجزاء محدود بررسی شده است. دلیل استفاده از ساختار موج‌دار، افزایش مقاومت در ضخامت‌های کم و همچنین افزایش میدان کرنش موثر در المان آلیاژ حافظه‌دار است که باعث کاهش طول مجموعه و حجم اشغالی آن می‌شود. مبنای بازیابی انرژی از سیستم مذکور تبدیل انرژی ارتعاشی تیر به انرژی الکتریکی می‌باشد. یک سیم‌پیچ مسی حول المان‌های آلیاژ حافظه‌دار پیچیده شده و این مجموعه در یک میدان مغناطیسی ثابت قرار دارد. اگر یک میدان تنش یا کرنش به المان‌های آلیاژ حافظه‌دار وارد شود، جهت‌گیری اجزای موسوم به واریانت تغییر کرده و این امر باعث آشفته‌سازی میدان مغناطیسی اطراف المان آلیاژ حافظه‌دار می‌شود که بر اساس قانون فارادی، یک جریان الکتریکی در سیم‌پیچ القا می‌کند. این مسئله به وسیله شبیه‌سازی اجزاء محدود در نرم‌افزار آباکوس و استفاده از کد ساختاری ماده به جهت مدل‌سازی رفتار آلیاژ حافظه‌دار بررسی شده است. جهت مدل‌سازی رفتار آلیاژ حافظه‌دار از مدل غیرخطی گسترش یافته کیفر و لاگوداس استفاده شده است. در این تحقیق، تاثیر شرایط اولیه آلیاژ حافظه‌دار و میدان مغناطیسی خارجی بر ولتاژ خروجی بررسی شده است.

https://mej.aut.ac.ir/article_3710_5505712229fb1eb500efadddc0353264.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 2-Dimensional Electroelastic Analysis of Piezoelectric Cylinders Using First-Order Shear Deformation and First-Order Electric Potential Theories تحلیل دوبعدی الکتروالاستیک استوانه‌های جدار ضخیم پیزوالکتریک با استفاده از نظریه‌های تغییر شکل برشی و پتانسیل الکتریکی مرتبه یک 815 832 3678 10.22060/mej.2019.16689.6421 FA محمد پرهیزکار یعقوبی گروه جامدات، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران 0000-0002-7110-0987 مهدی قناد کهتوئی صنعتی شاهرود 0000-0002-0702-5935 Journal Article 2019 07 04 Today, sensors and actuators have a special place in the science and industry world. Therefore, the electromechanical analysis of piezoelectric materials is one of the topics of interest for researchers. To that effect, besides understanding the behavior of piezoelectric structures by optimizing this behavior, they could facilitate designing and manufacturing structures. In this study, using the first-order shear deformation theory and the first-order electrical potential theory and applying the energy method, the governing equations are extracted for thick piezoelectric cylinders subjected to mechanical and electrical loading at their internal and external surfaces under various boundary conditions in two cylinder heads. Then an analytical solution is presented for the governing equations. Using this solution, the results of the electromechanical behavior of the cylinders under different boundary conditions in two cylinder heads are estimated and evaluated. Then these results are compared with the finite element method’s results. The analytical solution is not a series solution, and therefore there would be no need to investigate the convergence. Furthermore, it is of less computational volume. The results obtained from the analytical method and the finite element method have a good agreement, showing that the presented analytical solution can be used with higher accuracy. امروزه، عملگرها و حسگرها، جایگاه ویژه‌ای در جهان علم و صنعت دارند. بنابراین تحلیل الکتروالاستیک مواد پیزوالکتریک از موضوعات مورد توجه‌ پژوهشگران بوده تا بتوانند درک صحیحی از رفتار سازه‌‌ها بیابند و با بهینه‌سازی آن‌ها، گام مؤثری در طراحی و ساخت سازه‌ها بردارند. در پژوهش حاضر با استفاده از روش انرژی، نظریه‌ تغییر شکل برشی مرتبه‌ یک و نظریه پتانسیل الکتریکی مرتبه یک، معادلات حاکم استوانه‌ها‌ی جدار ضخیم پیزوالکتریک که تحت بارگذاری الکتریکی و مکانیکی در لایه‌های داخلی و خارجی استوانه و دارای شرایط مرزی مختلف در دو سر استوانه، استخراج شده است. سپس یک حلّ تحلیلی و ریاضی برای دستگاه معادلات حاکم بر پوسته استوانه‌ای ارائه می‌شود و با استفاده از این حل، نتایج مربوط به رفتار الکترومکانیکی استوانه برای شرایط مرزی مختلف الکتریکی و مکانیکی استخراج شده و با نتایج عددی حاصل از روش اجزای محدود مقایسه و بررسی می‌شوند. حل تحلیلی ارائه شده در این پژوهش، زیرمجموعه حل‌های سری‌گونه نیست و نیاز به بررسی همگرایی پاسخ ندارد. هم‌چنین حل ارائه ‌شده، از حجم محاسباتی کم‌تری نسبت به حل‌های سری‌گونه برخوردار است. نتایج به‌دست آمده از دو روش تحلیلی و عددی، دارای تطابق خوبی بوده و نشان می‌دهند که حل تحلیلی ارائه شده با دقّت مطلوب، قابل استفاده می‌باشد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3678_2151b4c76b4dcb048d06a5c32942b6f6.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Investigation of Crack Growth in Deposited and Perfect Titanium/Titanium Nitride Structure by Molecular Dynamic Simulation بررسی رشد ترک در دو ساختار لایه‌نشانی‌شده و ایده‌آل تیتانیوم/تیتانیوم‌نیترید با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی 833 850 3741 10.22060/mej.2019.16569.6391 FA حسن امینی گروه آموزشی فنی مهندسی، مهندسی مکانیک، دانشکاه زنجان، زنجان ایران پروین قلیزاده گروه آموزشی فنی مهندسی، مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران اسماعیل پورسعیدی استاد دانشگاه Journal Article 2019 06 17 The crack propagation behavior in the deposited titanium/titanium nitride bilayer is compared with the perfect structure using the molecular dynamics method. For this purpose, titanium nitride was deposited on the titanium substrate, then crack growth was investigated in the two structures. The titanium nitride film growth on the titanium substrate was an island, and the structure has defects and residual stress. The results showed that both the biaxial and normal stresses in the substrate and film are tensile and compressive, respectively. The cohesive energy of the interface was calculated by energy difference along with the atomic layers. In the following, a crack was considered perpendicular to the titanium/titanium nitride interface in both models, with an initial length of 15 Å. Due to the brittle behavior of the ceramic layer, the crack propagates rapidly until interface. The plastic deformation of the titanium layer and the structure of the interface blunt the tip of the crack and prevent it to fail. Also, the critical stress for crack growth in a perfect structure is found to 2.5 times its value in the deposited structure because of defects and residual stress. وجود عیوب و تنش‌های پسماند سبب تضعیف مقاومت پوشش‎های چندلایه در مقابل رشد ترک می‌شود. برای بررسی این موضوع رشد ترک در دو ساختار لایه‌نشانی‌شده و ایده‌آل تیتانیوم/تیتانیوم‌نیترید با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی بررسی شده است. برای این منظور ابتدا لایه‌نشانی تیتانیوم‌نیترید بر روی بستر تیتانیوم انجام گرفته، سپس رشد ترک در دو ساختار مذکور بررسی گردیده است. رشد لایه تیتانیوم‌نیترید بر روی تیتانیوم جزیره‌ای بوده و ساختار لایه‌نشانی‌شده دارای عیوب و تنش پسماند می‌باشد. نتایج نشان می‌دهد که هر دو تنش پسماند دومحوری و نرمال، در بستر و پوشش به ترتیب کششی و فشاری می‌باشد. با استفاده از تغییر انرژی در لایه‌ها انرژی چسبندگی فصل مشترک محاسبه شده است که برابر 166 کیلوژول بر مول می‌باشد. در قسمت دوم با جایگذاری ترکی به طول 15 آنگستروم در لایه سرامیک در دو ساختار ایده‌آل و لایه‌نشانی‌شده رفتار رشد ترک بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد به دلیل ترد بودن لایه سرامیک، در هر دو حالت ذکر شده ترک تا فصل مشترک لایه‌ها رشد می‌کند. در ادامه تغییرشکل پلاستیک لایه تیتانیوم و همچنین ساختار فصل مشترک بین دو لایه مانع از رشد ترک و شکست کامل می‌گردد. همچنین تنش بحرانی لازم برای رشد ترک در ساختار منظم 5/2 برابر مقدار آن در ساختار لایه‌نشانی‌شده است که دلیل آن وجود عیوب و تنش پسماند در ساختار لایه‌نشانی‌شده می‌باشد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3741_63ce12dcf1ede17589befd56bb5281a5.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Investigation of Quality Factor for Linear Vibrations of Rectangular Micro-plates with Thermoelastic Damping بررسی ضریب کیفیت در ارتعاشات خطی میکروصفحه مستطیلی با در نظر گرفتن اثر میرایی ترموالاستیک 851 862 3756 10.22060/mej.2020.16524.6380 FA علی اصغر یلدایی گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران حسین رحمانی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران 0000-0002-5709-0428 فرامرز سرحدی مدیر گروه مهندسی مکانیک گروه مهندسی مکانیک دانشگاه سیستان و بلوچستان 0000-0002-5216-9823 محمدرضا صالحی کلاهی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران Journal Article 2019 06 10 Regarding the necessity of obtaining high-quality resonators in micro-electromechanical systems, recognizing and investigating the parameters that affect the quality factor of micro-structures are essential and inevitable. Thermoelastic damping is a dominant source of damping which has a considerable effect on the quality factor. In micro-electromechanical systems, microplates are used as resonators and radio frequency filters and so on. In this paper, the effect of thermoelastic damping, which is one of the most important factors affecting the quality factor, has been investigated for rectangular micro-plates. The micro-plate is subjected to an electrostatic actuation. Galerkin method has been used to simplify and solve the governing equations. The result is a nonlinear algebraic equation for the quality factors of microplates of general conditions due to thermoelastic damping. Unlike previous researches, the proposed model can directly calculate the quality factor and there is no need of calculating undamped natural frequency. COMSOL multiphysics software is used for finite element simulation. After verification of the proposed model, the effect of various parameters on the quality factor is investigated. The proposed model can also be used to calculate the pull-in instability voltage. The results of the current paper can be used to design micro-electromechanical systems. با توجه به لزوم دستیابی به تشدیدگرهای با ضریب کیفیت بالا در سیستم‌های میکروالکترومکانیکی، شناخت و بررسی عوامل موثر بر ضریب کیفیت امری ضروری و اجتناب ناپذیر می‌باشد. در سیستم‌های میکروالکترومکانیکی از میکروصفحات مرتعش به عنوان تشدیدگر و فیلترهای رادیویی استفاده می‌شود. در این پژوهش به بررسی اثر میرایی ترموالاستیک که از مهم‌ترین عوامل تاثیر گذار بر ضریب کیفیت میکروساختارها می‌باشد، برای ارتعاشات عرضی میکروصفحه مستطیلی شکل در دو حالت آزاد و اجباری پرداخته شده است. ارتعاشات اجباری میکروصفحه در پژوهش حاضر ناشی از اعمال نیروی الکترواستاتیک در نظر گرفته می‌شود. جهت ساده‌سازی و حل معادلات از روش گالرکین استفاده شده است. نتیجه یک معادله جبری غیرخطی می‌باشد که می‌تواند برای محاسبه ضریب کیفیت میکروصفحات مستطیلی با شرایط مرزی مختلف مورد استفاده قرار گیرد. بر خلاف پژوهش‌های پیشین، مدل ارائه شده به‌طور مستقیم می‌تواند ضریب کیفیت را محاسبه کند و نیازی به محاسبه فرکانس طبیعی در حالت بدون در نظر گرفتن میرایی ترموالاستیک ندارد. برای شبیه‌سازی اجزای محدود از نرم‌افزار کامسول مولتی‌فیزیکس استفاده شده است. در پایان پس از اطمینان از صحت نتایج، تاثیر پارامترهای مختلف بر ضریب کیفیت میکروصفحه مورد بررسی قرار گرفته است. مدل ارائه شده جهت محاسبه ولتاژ ناپایداری کششی نیز می‌تواند موثر واقع شود.

https://mej.aut.ac.ir/article_3756_91f9fec9b080c74297a55c392b5f40a4.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Analysis of dynamic instability in sandwich thick beams with flexible functional core subjected to a follower force تحلیل ناپایداری دینامیکی تیر ساندویچی ضخیم با هسته انعطاف‌پذیر تابعی تحت اثر نیروی تعقیب کننده 863 880 3737 10.22060/mej.2019.16239.6308 FA غلامحسن پایگانه دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران کرامت ملک زاده فرد دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران فهیمه راشد سقاواز دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران Journal Article 2019 04 29 Aerial structures under non-conservative forces especially follower loads, may be exposed to dynamic or static instabilities. Thus, it is essential to design these structures so that it would prevent this phenomenon. In this paper, for the first time, dynamic instability of a thick sandwich beam with flexible core under follower force is considered using high-order theory of sandwich beams. In the present paper, shear and normal core plate stresses are also considered, which have been ignored in higher-order sandwich panel theory and improved higher-order sandwich panel theory. The sandwich beam consists of two surfaces and a flexible core. The common surface of the core with the surfaces comprises a complete connection, capable of withstanding shear and vertical stresses. Sandwich beam is considered as a linear elastic structure with small rotations and deformations. Equations of Motion of high-order sandwich beams under follower force, are derived using Hamilton’s principle. The Beam fluttering phenomenon is investigated by applying boundary conditions and using a generalized differential quadrature method. in addition to the verification of results, effects of the beam’s geometry and mechanical parameters have been studied. These results revealed that the threshold flutter force of the sandwich beam is similar to Timoshenko one. سازه‌های هوایی هنگامی‌که تحت اثر نیروهای ناپایستار، به‌ویژه نیروهای تعقیب‌کننده قرار می‌گیرند، ممکن است علاوه بر ناپایداری استاتیکی در معرض ناپایداری دینامیکی (پدیده فلاتر) نیز قرار بگیرند. به‌همین علت ضروری است، سازه به‌نحوی طراحی گردد، تا از وقوع ناپایداری‌های استاتیکی و دینامیکی جلوگیری شود. در این مقاله به کمک تئوری مرتبه بالای تیرهای ساندویچی جدید برای اولین بار، ناپایداری دینامیکی تیر ساندویچی ضخیم با هسته انعطاف‌پذیر تابعی تحت اثر نیروی تعقیب کننده مورد بررسی قرار گرفته است. تیر ساندویچی از دو رویه و یک هسته انعطاف‌پذیر تشکیل شده است. سطح مشترک هسته با رویه‌ها شامل اتصال کامل است، که قابلیت تحمل تنش‌های برشی و عمودی را دارا می‌باشد. تیر ساندویچی به‌صورت الاستیک خطی با جابجایی‌ها و چرخش‌های کوچک در نظر گرفته شده است. معادلات حرکت تیر ساندویچی مرتبه بالا، تحت اثر نیروی تعقیب‌کننده به کمک اصل همیلتون استخراج شده است. با اعمال شرایط مرزی و با کمک روش حل عددی تربیع مربعات، پدیده فلاتر مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر صحه‌گذاری نتایج، اثر پارامترهای مختلف هندسی و موادی تیر نیز بر آستانه نیروی فلاتر مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد، برای تیرهای بلند، مقدار نیروی تعقیب‌کننده آستانه پدیده فلاتر به نتایج متناظر در تیر تیموشنکو میل می‌کند.

https://mej.aut.ac.ir/article_3737_3db11d259a9db7fb8965bdf25ec850b9.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Numerical Simulation of Liner Vibrations in a Laboratory Combustion Chamber شبیه‌سازی عددی رفتار ارتعاشی دیواره یک محفظه احتراق آزمایشگاهی 881 896 3675 10.22060/mej.2019.16466.6432 FA لاله فتاحی استادیار، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران علیرضا علی‌پور استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران Journal Article 2019 07 11 Combustion chambers are an important part of power generation systems that affect their efficiency and environmental pollutions. To reduce the pollutions, lean premixed combustion was introduced to be used instead of traditional non-premixed flames, however, this method has more tendency to become unstable. The thermal and acoustics interactions can amplify the acoustic waves and produce noise and increase the vibration level of the liner. The continuation of large amplitude vibrations can lead to failure. Therefore, the vibration modeling of the liner is very important. In this research, the vibration of a liner in a combustion chamber is investigated. The modal parameters in the cold and hot states are extracted from the finite element model. Then, model updating is utilized to modify the finite element model of the liner based on the experimental data. The flow analysis is also performed to obtain the pressure and velocity fluctuations during the analysis time. These data are used to model the flame as an acoustic source. Then, the transient analysis is evaluated to find the response of the liner due to this source. The results show the effectiveness of the updated model to predict the modal parameters and the vibration amplitude of the liner. محفظه احتراق یکی از اجزای مهم سیستم‌های تولید توان است که عملکرد مناسب آن در راندمان سیستم و نیز میزان آلایندگی تاثیر مستقیم دارد. افزایش روزافزون آلاینده‌های ناشی از محفظه‌های احتراق موجب توسعه روش‌های نوین احتراقی مانند احتراق رقیق پیش‌آمیخته برای جایگزینی با شعله‌های سنتی غیرپیش‌آمیخته شده است، اما‌ این نوع احتراق بیشتر از احتراق سنتی در معرض ناپایداری‌ها و نوسانات فشار و سرعت است. به دلیل حرارت بالای محفظه، برهمکنش بین حرارت آزاد شده و امواج اکوستیک موجود در محفظه احتراق می‌تواند منجر به تقویت امواج فشاری و ‌ایجاد نویز و صدا و ‌ایجاد ارتعاش در دیواره محفظه احتراق می‌شود که در صورت تداوم، می‌تواند موجب آسیب شود. در پژوهش حاضر، ابتدا ارتعاشات آزاد دیواره محفظه در حالت سرد بررسی می‌شود و مدل اجزای محدود آن با بهره‌گیری از پارامترهای مودال تجربی به‌روز ‌می‌گردد. در حالت گرم نیز ابتدا فرایند به‌روزرسانی مدل انجام شده و سپس با بهره‎گیری از نتایج حاصل از تحلیل جریان درون محفظه و با در نظر گرفتن شعله به عنوان یک منبع آکوستیک، پاسخ گذرای دیواره محاسبه می‌شود. براساس نتایج بدست‌ آمده، پارامترهای مودال دیواره با دقت قابل قبولی تخمین زده شده و با تحلیل گذرا نیز دامنه سرعت دیواره با دقت قابل قبولی پیش‌بینی شده است.

https://mej.aut.ac.ir/article_3675_845f3cb43a07259b2e4724dfa5c5c0d1.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Transient Analysis and Free Vibration of Functionally Graded Truncated Conical Shells Subjected to Moving Pressure تحلیل گذرا و ارتعاشات آزاد پوسته مخروطی ناقص مدرج تابعی در معرض فشار متحرک 897 912 3744 10.22060/mej.2019.16788.6440 FA احسان سلاحی استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد مرودشت، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، ایران علیرضا ستوده هیات علمی-دانشگاه صنعتی شیراز مسعود طهانی گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران Journal Article 2019 07 18 In this paper, an efficient and accurate solution method is developed for transient analysis and free vibration of functionally graded truncated conical shell, subjected to symmetric internal or external moving pressure. The material properties of the shell are graded continuously in the radial direction according to a Mori-Tanaka and volume fraction power-law distribution. A hybrid solution method composed of the layerwise theory, differential quadrature method and Fourier series expansion is employed to investigate the aforementioned problem. A Fourier series expansion is used for the displacement components and dynamic pressure in the axial direction. Then the layerwise theory across the thickness direction in conjunction with Hamilton’s principle is employed to obtain equations of motion and boundary conditions. Eventually, the differential quadrature method is implemented to discretize the governing equations in the time domain. This research shows some interesting results that can be helpful for the design of functionally graded shells subjected to moving pressure. The developed results are successfully compared with the available results in the literature. The convergence study demonstrates the fast convergence rate with a relatively low computational cost. The results reveal that a free vibration with significant amplitude is generated due to excitation from the transition of the moving pressure. در این مقاله روشی کارآمد و دقیق برای تحلیل گذرا و ارتعاشات آزاد پوسته مخروطی ناقص مدرج تابعی در معرض فشار متحرک متقارن داخلی و خارجی توسعه داده شده است. خواص مواد پوسته دارای تغییرات پیوسته در جهت شعاعی است و از مدل‌های موری-تاناکا و کسر حجمی قانون توزیع توانی پیروی می‌کند. برای بررسی این مساله روشی حل عددی که ترکیبی از روش‌های تئوری لایه‌ای، روش مربعات دیفرانسیلی و بسط سری فوریه است بکار گرفته شد. از بسط سری فوریه برای مدل‌سازی تغییرات جابجایی و فشار دینامیکی در جهت محوری استفاده می‌شود. سپس با بکارگیری تئوری لایه‌ای در راستای ضخامت و اعمال آن در اصل هامیلتون‌، معادلات حرکت و شرایط مرزی تعیین گردید. در آخر از روش مربعات دیفرانسیلی جهت مدل‌سازی تغییرات جابجایی در معادلات حاکم در دامنه زمانی استفاده گردید. این تحقیق دارای نتایج مفیدی جهت طراحی پوسته‌های مدرج تابعی در معرض فشار متحرک می‌باشد. نتایج بدست آمده از این مدل‌سازی به‌صورت موفقیت‌آمیزی با نتایج مشابه موجود در مقالات مورد مقایسه قرار گرفت. مطالعه روند همگرایی، سرعت بالای همگرایی این روش را اثبات نمود. نتایج بدست آمده بیانگر این است که تحریک ناشی از عبور فشار متحرک در پوسته موجب ایجاد ارتعاشات آزاد با دامنه ارتعاشی قابل توجه‌ی می‌شود.

https://mej.aut.ac.ir/article_3744_56517f19aa289885c43e8db9137fb1b0.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Impact Time Guidance Law against Maneuvering Targets Using Sliding Mode Control طراحی قانون هدایت کنترل مود لغزشی به‌منظور کنترل زمان برخورد با هدف مانوردار 913 922 3781 10.22060/mej.2020.15933.6232 FA سعید خان کلانتری دانشکده برق، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران محسن حاجی زاده دانشگاه امام حسین کاظم حیدری دانشکده برق، دانشگاه تربیت مدرس حسن محمدخانی دانشکده هوا فضا، دانشگاه امام حسین، تهران، ایران Journal Article 2019 03 06 Controlling the impact time of missiles to the target has great importance in applications such as the cooperative attack of multiple missiles since multiple missiles can be reached a specified point simultaneously. This paper presents a sliding mode based guidance law, to control the impact time against maneuvering targets. At first, by selecting an appropriate switching surface and using nonlinear engagement dynamics, a new sliding mode control has been designed which, the sufficient conditions of its stability are derived using the Lyapunov stability theorem. The sliding surface has been selected such that the line of sight rate and the error of the time to go converge to zero at the same time. By considering the nonlinear dynamic equations of maneuvering targets, this will guarantee to impact the target at the desired time. Unlike the other similar methods, our proposed method does not need the assumptions of small flight path angle and stationary target. Using an engagement simulation model, the effectiveness of the proposed method is shown for different scenarios (static and maneuvering targets) and different impact times. In the end, the comparison results with two similar methods are also presented. کنترل زمان برخورد موشک با هدف دارای مانور در کاربردهایی همچون حملۀ گروهی، از اهمیت بالایی برخوردار است چراکه می‎توان به‎صورت همزمان چندین موشک را به هدف رساند. در این مقاله، به‌منظور کنترل زمان برخورد موشک با هدف مانوردار، قانون هدایتی مبتنی بر روش مود لغزشی پیشنهاد شده است. بدین منظور، در ابتدا با درنظر گرفتن دینامیک غیرخطی برای سیستم هدایت و انتخاب سطح لغزش مناسب، به طراحی کنترل‌کنندۀ مود لغزشی پرداخته و در ادامه با استفاده از روش لیاپانوف، شرط کافی برای پایداری سیستم حاصل ارائه شده است. در این شرایط، سطح لغزش به‌نحوی انتخاب می‌شود که کنترل مود لغزشی، به‌صورت همزمان هم بتواند نرخ خط دید را صفر کند و هم بتواند خطای زمان باقیمانده تا هدف را به صفر برساند. با لحاظ کردن معادلات دینامیک غیرخطی هدف دارای مانور در فرایند طراحی، کنترل‌کنندۀ پیشنهادی تضمین خواهد کرد که موشک در زمان موردنظر به هدف مانوردار برخورد خواهد کرد. در انتها نیز با بهره‌گیری از یک مثال شبیه‌سازی و به‎منظور بررسی کارایی روش معرفی‎ شده در این مقاله، سناریوهای مختلفی برای هدف (ایستا و مانوردار) درنظر گرفته شده و با درنظر گرفتن زمان‌های مطلوب برخورد متفاوت، عملکرد آن در کنار سایر روش‌های موجود مورد بررسی قرار گرفته است.

https://mej.aut.ac.ir/article_3781_9fc664916bce863561527f06a96f5ff3.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Sound Transmission Loss of Truncated Conical Shells with Porous Materials افت انتقال صوت پوسته‌های مخروطی ناقص با مواد متخلخل 923 942 3725 10.22060/mej.2019.16179.6301 FA علی اصغر جعفری خواجه نصیر*مهندسی مکانیک مسعود گلزاری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران Journal Article 2019 04 23 A theoretical model is proposed to study the sound transmission loss of a truncated conical shell with a porous layer. The isotropic thin-walled conical shell is excited by an oblique incident plane sound wave, which impinges on the outer surface of the shell. The governing equations of the shell motion are obtained by Love’s theory, and a convergent power series solution is applied to obtain the exact displacements of the shell. An equivalent fluid model based on Biot’s theory is considered to describe the wave propagation in the porous material. The model results are firstly validated against the results of prior studies. Then, the effects of several design parameters such as different boundary conditions at the ends of the shell, cone angle, incident sound wave angle and material properties of the shell are studied on the characteristics of the sound transmission loss. The proposed model can provide an effective tool in the acoustic design stage of the truncated conical shells. In addition, the transmission loss is obtained in the presence of the porous layer with two different configurations. The results generally show the desirable performance of the porous layer in the sound insulation ability. یک مدل تئوری به منظور مطالعه افت انتقال صوت در یک پوسته مخروطی ناقص با لایه متخلخل معرفی می‌شود. پوسته مخروطی همسانگرد و جدار نازک است و به وسیله یک موج صوتی صفحه‌ای که به‌صورت مایل به سطح بیرونی آن برخورد می‌کند، تحریک می‌شود. از تئوری لاو جهت پیاده‌سازی معادله‌های حرکت پوسته مخروطی استفاده می‌شود، و با استفاده از یک روش حل همگرا بر پایه سری‌های توانی، پاسخ دینامیکی پوسته به‌صورت دقیق محاسبه می‌گردد. همچنین جهت مدل‌سازی انتشار موج در ماده متخلخل، از روش سیال معادل بر پایه تئوری بایو بهره گرفته می‌شود. در ابتدا، نتایج مدل حاضر با نتایج مطالعه‌های گذشته اعتبارسنجی می‌گردد. سپس، اثرات چندین پارامتر مهم طراحی همچون شرایط مرزی مختلف در دو سر پوسته مخروطی، زاویه رأس مخروط، زاویه موج صوتی برخوردی و جنس پوسته بر ویژگی‌های افت انتقال صوت این نوع سازه بررسی می‌گردد. نشان داده می‌شود مدل حاضر می‌تواند به عنوان یک ابزار موثر در مرحله طراحی صوتی پوسته‌های مخروطی ناقص به‌کار گرفته شود. به علاوه، افت انتقال صوت در حضور لایه‌ای از ماده متخلخل که در دو ساختار متفاوت به جداره پوسته متصل شده است، محاسبه می‌گردد. نتایج به‌طور کلی عملکرد مطلوب لایه متخلخل را در زمینه عایق‌بندی صوتی سازه نشان می‌دهد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3725_94ef7214c4a90790186e255304f8fd1f.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Planar Object Manipulation with Multi Fingers Robot Located on a Moving Hand Under Rolling Grasp Constrains جابجایی صفحه‌ای جسم توسط گیرش با چند انگشت یک دست متحرک ربات تحت قید غلتش ناب 943 958 3701 10.22060/mej.2019.16328.6334 FA سلمان احمدی گروه مکانیک، واحد پرند، دانشگاه آزاد اسلامی، پرند، ایران رامبد رستگاری گروه مکانیک، واحد پرند، دانشگاه آزاد اسلامی، پرند، ایران Journal Article 2019 05 13 Object grasping by robot fingers with purely rolling constraints is one of the most interesting issues under consideration by many researchers. In earlier studies, the main goal was the manipulation of the object under purely rolling constraints to reach the final stable configuration. In this paper, in addition to deriving kinematic and dynamic equations of the system dual fingers robot and grasping semi-circular object located on a moving hand on the plane with rigid hemispherical fingertips under pure rolling constrained, we investigate object manipulation on the desired path maintaining dynamics stability. Modified multiple impedance control is used for object manipulation and robot fingers by considering the required reforms in this control law. In this method, multiple impedance control is performed by applying the desired behavior of the entire system, including moving base, fingers and object, and dynamics stability condition is satisfied. Power adjustment and the place where forces are applied could have considerable effects on minimizing the fingers slip on the surface. The results of simulations show the eligible object manipulation and dynamics stability by robot fingers and moving base under pure rolling grasp. گرفتن جسم توسط انگشتان ربات با وجود قیود غلتش ناب از موضوعات تحت بررسی توسط محققین بسیاری می‌باشد. در مطالعات انجام پذیرفته تاکنون، بررسی اعمال قیود غلتش ناب با هدف رساندن جسم در وضعیت پایدار جدید مورد توجه بوده است. در این مقاله علاوه بر بررسی‌‌های معمول سینماتیک و دینامیک برای سیستم دو انگشت ربات و جسم نیم دایره بر روی یک دست متحرک ربات در صفحه، که نوک انگشت‌ها به‌ صورت نیم‌کره و صلب فرض شده است، موضوع جابجایی جسم مطابق مسیر مشخص با حفظ پایداری دینامیکی آن نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا از کنترل امپدانس چندگانه برای اعمال کنترل با انجام اصلاحات مورد نیاز در آن بهره گرفته شده است. در روش کنترل امپدانس چندگانه سعی می‌شود با اعمال رفتارهای مطلوب بر کل اجزای سیستم از جمله پایه متحرک، انگشت‌ها و جسم، شرایط پایداری دینامیکی ارضا شود. تنظیم مناسب نیرو در این روش و این‌که این نیروها در مکان مناسب وارد شوند تا حد زیادی در به حداقل رساندن لغزش انگشت‌ها بر سطح جسم موثر می‌باشد. نتایج شبیه‌سازی‌های انجام پذیرفته حاکی از کنترل، هدایت و همچنین پایداری مناسب جسم توسط مجموعة انگشتان و پایه متحرک خواهد بود.

https://mej.aut.ac.ir/article_3701_b181eaa49f5924e16c772dcb718fcd0f.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Control of Vehicle’s Mixed Longitudinal and Lateral Stability with Engine Dynamics Using Super Twisting Control Algorithm کنترل ترکیبی پایداری طولی و جانبی در خودروهای سواری با در نظر گرفتن دینامیک موتور و استفاده از الگوریتم کنترل فراپیچشی 959 978 3764 10.22060/mej.2020.16337.6345 FA سینا نامداری گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران سعید رضاپور خانقاه گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران محمد علی حامد دانشگاه تبریز*دانشکده مهندسی مکانیک 0000-0003-0942-8604 Journal Article 2019 05 18 Vehicle stability control is one of the most important subjects in the control engineering field. Many research activities have been done to develop more comfort and safe travel for passengers. In this paper, vehicle mixed stability in longitudinal and lateral motion has been investigated. Four-wheel seven degrees of freedom model of vehicle is considered to extract the dynamic equations and closed-loop system simulation. Dugoff’s nonlinear model has been used to simulate the behavior of tires and road, and Cho’s engine model with two state variables has been used for vehicle power system simulation, so it makes the input torque to wheels to be more realistic. Because of the good robustness properties of sliding mode control, the second-order sliding mode with a super-twisting algorithm has been used for calculation of control inputs. This method is proved to be so appropriate and useful in the case of uncertainty in a complicated vehicle dynamic model and multiple disturbances in vehicle motion. Engine throttle angle and yaw moment have been considered as a longitudinal system and lateral system control inputs respectively. The longitudinal slip coefficient and yaw rate are considered as system output. Simulation results show the effectiveness of the proposed method. یکی از مسائل پر اهمیت در مورد خودروهای سواری بحث پایداری حرکتی می‌باشد، که با توجه به اهمیت این موضوع تحقیقات زیادی در زمینه پایداری کششی و پایداری حرکت جانبی خودروها انجام گرفته است. در این مقاله، بررسی پایداری خودرو برای حرکت طولی و جانبی به‌صورت همزمان انجام گرفته است. مدل چهارچرخ خودرو برای استخراج معادلات در نظر گرفته شده و برای مدل‌سازی رفتار تایرها و جاده از مدل غیرخطی داگاف استفاده شده است. برای سیستم قدرت خودرو از مدل موتور چو با دو متغیر حالت استفاده شده است که موجب می‌شود اعمال گشتاور به چرخ‌ها به حالت عملی نزدیک‌تر باشد. برای کنترل سیستم از روش کنترل غیرخطی مد لغزشی فراپیچشی استفاده شده است که روشی مقاوم در برابر اغتشاشات و عدم قطعیت‌های مدل است. در مدل کنترلی ارائه شده برای کنترل پایداری طولی و پایداری جانبی، به ترتیب زاویة دریچه گاز و گشتاور چرخشی به عنوان ورودی و ضریب لغزش طولی و سرعت چرخشی به عنوان خروجی در نظر گرفته شده‌اند. در بخش بررسی نتایج سیستم به سه شکل مجزا در حالت‌های دارای کنترل‌کننده طولی، دارای کنترل‌کننده جانبی و در نهایت سیستم با کنترل‌کننده ترکیبی و همزمان طولی و جانبی مورد بررسی قرار گرفته است. در هر سه مورد ذکر شده به بررسی پایداری سیستم در حضور عدم قطعیت‌ها و اغتشاشات پرداخته شده است. نتایج به‌دست آمده کارآمدی روش ارائه شده را در کنترل ترکیبی پایداری طولی و جانبی نشان می‌دهد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3764_641d77dd5271fca28764612a028d9c8e.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Unstable Aircraft Flight Control Based on Linear Matrix Inequality with Consideration of Control and Saturation Constraints کنترل پرواز هواپیمای ناپایدار بر اساس نابرابری ماتریسی خطی با احتساب قیود کنترلی و اشباع 979 992 3751 10.22060/mej.2019.16642.6404 FA محمد نوابی دانشگاه شهید بهشتی حامد غفاری دانشگاه شهید بهشتی Journal Article 2019 06 24 In this paper, limitation in actuator capacity has been used as a key role in the design of the flight control system. In order to guarantee the performance and stability of flight control systems in the presence of saturation, in flying high angle of attack area, the development of linear matrix inequality, optimization techniques, and numerical methods are proposed. Also, in this paper, the combination of two anti-windup methods and the direct saturation method in the tracking problem of the flight path angle is discussed. For this purpose, the nonlinear model of the aircraft is modeled, moreover the linear model is obtained at the trim operation conditions. Then the controller is designed to track flight path angle maneuver regardless of saturation. In the following, considering the maximum disturbance involved in aircraft maneuvering, a safe controller that guarantees performance and stability is designed, and the gain scheduling technique to prevent conservatism in the use of controllers is applied. The results of the nonlinear and linear model of the aircraft are presented in tracking flight path angle atahigh angle of attack with consideration of control and saturation constraints in unstable operation conditions. Simulation results indicate the improvement of the mentioned control method for an unstable aircraft. در این مقاله از محدودیت در ظرفیت عملگرها به عنوان نقش کلیدی در طراحی سیستم کنترل پرواز هواپیما استفاده شده است. به منظور تضمین عملکرد و پایداری سیستم‌های کنترل پرواز در حضور اشباع، در ناحیه پرواز در زوایای حمله بالا، توسعه روش نابرابری ماتریسی خطی، روش‌های بهینه‌سازی و روش‌های حل عددی مطرح می‌شود. همچنین در این مقاله، تلفیق دو روش ضدجمع‌شوندگی و روش مستقیم اشباع، در مساله ردیابی زاویه مسیر پرواز بحث شده است. برای این هدف، مدل غیرخطی هواپیمای مورد بررسی مدل‌سازی و شبیه‌سازی شده و مدل خطی در نقاط شرایط کاری تریم بدست آمده است. سپس کنترل‌کننده نامی برای مانور ردیابی زاویه مسیر پرواز بدون در نظر گرفتن اشباع طراحی شده است. در ادامه با در نظر گرفتن ماکزیمم اغتشاش وارده بر مانور هواپیما، کنترل‌کننده امن که تضمین عملکرد و پایداری را داشته‌باشد طراحی شده و روش زمان‌بندی بهره‌ها برای جلوگیری از محافظه‌کاری در استفاده از کنترل‌کننده‌ها اعمال می‌شود. نتایج برای مدل غیرخطی و خطی هواپیمای مورد بررسی در ردیابی زاویه مسیر پرواز در زوایای حمله بالا با احتساب قیود کنترلی و اشباع در حالت شرایط کاری ناپایدار ارائه می‌شود. نتایج شبیه‌سازی بیانگر بهبود روش کنترلی فوق برای هواپیمای ناپایدار می‌باشد.

https://mej.aut.ac.ir/article_3751_21ce689121e39821d07d04faab328370.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Path Design and Control of a Moving Social Robot in an Environment with Moving Obstacles in Order to Reach a Moving Target through Fuzzy Control طراحی مسیر و کنترل ربات سیار اجتماعی در محیط با موانع متحرک به‌منظور رسیدن به هدف سیار با استفاده از کنترل فازی 993 1014 3748 10.22060/mej.2019.16409.6362 FA سید داوود نیکخوی تنها مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران محرم حبیب نژاد کواریم علم و صنعت*مهندسی مکانیک سیاوش فتح الهی دهکردی آزمایشگاه رباتیک دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران Journal Article 2019 05 25 In this paper, the main objective is to design a fuzzy control system for path planning and controlling a moving robot in a social environment with obstacles. The proposed control algorithm establishes an appropriate path to reach the target without collision with obstacles by receiving the target position frequently. When the obstacles examined, it is assumed that fixed and moving obstacles have existed in the environment. Moreover, the robot movements are adjusted in such a way that they do not cause fear or change in human behavior. The fuzzy system used in the paper has four inputs (distance between obstacle and robot, the relative angle of the obstacle, the rate of the obstacle approaching the robot, and relative angle of the target), and two outputs (linear velocity and angles of the robot base). The suggested robotic system is examined in different states by considering diverse motions of obstacles and targets. Furthermore, the designed control system is implemented on the laboratory robot to validate the proposed method. In addition to the design of a graphical user interface, some changes have also been made to the function of its mechatronics system. Finally, the results obtained from simulation and laboratory systems are evaluated and compared. در این مقاله، طراحی یک سیستم کنترل فازی به‌منظور مسیریابی و کنترل ربات سیار در محیط اجتماعی با حضور موانع مورد بررسی قرار می‌گیرد. الگوریتم کنترلی ارائه ‌شده با دریافت موقعیت هدف، مسیر مناسب جهت رسیدن به آن‌را بدون برخورد با موانع تولید می‌نماید. در بررسی موانع، فرض براین است که به‌صورت ثابت و متحرک ازجمله انسان در محیط حضور دارند. همچنین، حرکت ربات به‌گونه‌ای تنظیم گردیده که موجب ایجاد ترس یا تغییر رفتار حرکتی افراد نشود. سیستم فازی مورد استفاده دارای چهار ورودی (فاصله مانع با ربات، زاویه‌ی نسبی آن، سرعت نزدیک شدن به ربات و زاویه‌ی نسبی هدف) و دو خروجی (سرعت خطی و زاویه‌ای پایه‌) می‌باشد. این سیستم در حالت‌های مختلف با لحاظ حرکت موانع و هدف مورد بررسی قرار می‌گیرد. به‌منظور صحت‌سنجی این روش، علاوه بر طراحی رابط گرافیکی، سیستم طراحی ‌شده بر روی ربات آزمایشگاهی پیاده‌سازی می‌گردد. نتایج علاوه بر بیان اهمیت تعداد داده‌ ارسالی در فاصله‌‌های زمانی مشخص، اثر الگوریتم حضور مانع را نیز مشخص می‌نمایند. بنابراین نوآوری اصلی این مقاله، نحوه‌ انتخاب ورودی و خروجی‌های منطق فازی و استفاده از قواعد فازی بمنظور حرکت ربات در مجاورت موانع می‌باشد. چنین کنترلی سبب می‌گردد افرادی که نزدیک ربات تردد می‌کنند، ترس از برخورد را احساس نکنند.

https://mej.aut.ac.ir/article_3748_aaaccd2766ec67aecbe26459bb828d81.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 2 2021 04 21 Designing Optimum Multi-Domain System by Integrating Bond Graph and Genetic Programming طراحی بهینه چندهدفه انواع سیستم‌ها در دامنه‌‌های مختلف، به‌وسیله ادغام دو روش باندگراف و برنامه‌ریزی ژنتیک 1015 1038 3581 10.22060/mej.2019.16086.6267 FA بهزاد بهرامی جو دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران علی جمالی دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران نادر نریمان زاده استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران Journal Article 2019 04 06 Integrated modeling of multi-domain physical systems requires a common language. One of the methods which has been used to do so is called the bond graph. The bond graph provides a common and core language for describing basic elements and connections across different fields by using its elements, bonds and junctions. Also, by using genetic programming as an evolutionary method, an initial model can be evolved into a final model. The initial model of a system in a bond graph called Embryo and must have input, output and basic elements of the desired model. By defining a series of operational functions in genetic programming, an embryo model evolves and a final model obtained in one objective and multi-objective approaches. The current research presents an optimized design tool by the integration of a bond graph and a Pareto multi-objective genetic programming for guiding automated topology synthesis. In order to evaluate the performance of the proposed method, obtained results were first compared to the 20-sim software and then two models of electric filter and a mass, spring and damper system compared to the reference. مدل‌سازی یکپارچه سیستم‌های فیزیکی در دامنه‌های مختلف، نیازمند یک زبان مشترک است. یکی از روش‌هایی که می‌توان به‌وسیله آن این کار را انجام داد، باندگراف نام دارد. این روش با استفاده از المان‌ها، باندها و اتصال‌های خود، ارتباط میان اجزای مختلف یک سیستم را تشریح می‌کند. همچنین می‌توان با استفاده از روش برنامه‌ریزی ژنتیک، مدل اولیه یک سیستم را بر اساس نیاز از یک حالت اولیه به حالت نهایی مطلوب توسعه داد. با استفاده از ویژگی جستجوپذیری بالا و مدل‌سازی شماتیک روش باندگراف، می‌توان مدل اولیه‌ سیستم در دامنه الکتریکی یا مکانیکی را بر اساس خروجی مورد نظر، به یک مدل باندگراف نهایی مدل‌سازی کرد. مدل اولیه یک سیستم در روش باندگراف، امبریو نام دارد و بایستی دارای ورودی، خروجی و المان‌های اصلی یک سیستم باشد. با تعریف مجموعه‌ای از توابع عملیاتی در برنامه‌ریزی ژنتیک، مدل امبریو توسعه داده می‌شود و مدل نهایی باندگراف در دو حالت تک‌هدفه و چندهدفه پارتویی به‌دست می‌آید. این پژوهش با ادغام دو روش باندگراف و برنامه‌ریزی ژنتیک، ابزار طراحی مناسبی جهت توسعه یک مدل را در اختیار کاربر قرار می‌دهد. به ‌منظور بررسی عملکرد روش ارائه شده جهت مدل‌سازی با باندگراف، ابتدا نتایج آن با نرم‌افزار 20-سیم مقایسه شده و سپس به‌وسیله آن، دو مدل فیلتر الکتریکی و یک مدل سیستم جرم، فنر و میراگر طراحی می‌گردد و نتایج با مرجع مقایسه می‌شود.

https://mej.aut.ac.ir/article_3581_67606d48e361ce176ca71fd54fcf4286.pdf