دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 10 2021 12 22 Stability Analysis of Predictive Control in Networked Control System Using Switching Control تحلیل پایداری روش پیش‌‌بین در کنترل شبکه‌‌ای با استفاده از تئوری سیستم‌‌های کلیدزن 5039 5054 4389 10.22060/mej.2021.19263.6992 FA رضا فراست دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان مصطفی نصیری گلپایگان*مهندسی مکانیک Journal Article 2020 11 15 Predictive control is one of the effective methods to reduce the effect of time delay and data dropout in networked control systems. In the proposed predictive control method, the control data is predicted as long as it covers the time delay and data dropout in the network, and the estimation of state variables is performed using the Kalman filter. By sending a package containing the predicted control data to the actuator and selecting the appropriate control data, the desired control performance of the system can be achieved. In this paper, the networked control system is considered as a switching system with an arbitrary switching signal. A criterion for evaluating the stability of the closed-loop system with time delay and data dropout is presented based on the theory of switching systems. Time delay and data dropout are selected as switching parameters and a subset of switching dynamic systems is created in the discrete state space. By providing the Lyapunov function for all subsets and solving matrix inequalities, the stability of the system can be investigated. The simulation results show the effect of data dropout on the stability of the system by considering the time delay in the forward and feedback channels. در سیستم کنترل شبکه‌ای، تأخیر زمانی و اتلاف داده می‌تواند باعث کاهش عملکرد و یا حتی ناپایداری سیستم شود. کنترل پیش‌‌بین یکی از روش‌های مؤثر در کاهش اثر تأخیر زمانی و اتلاف داده است. در روش کنترل پیش‌‌بین ارائه شده، داده‌های کنترلی تا زمان مطلوب که پوشش دهنده تأخیر زمانی و همچنین اتلاف داده تصادفی در شبکه است، پیش‌‌بینی شده و تخمین متغیرهای حالت با استفاده از فیلتر کالمن انجام می‌شود. با ارسال یک بسته حاوی داده‌های کنترلی پیش‌‌بینی شده به عملگر و انتخاب داده کنترلی مناسب، می‌توان به عملکرد مطلوب کنترلی سیستم دست یافت. در این مقاله سیستم کنترل شبکه‌ای را به عنوان یک سیستم کلیدزن با سیگنال کلیدزنی دلخواه در نظر گرفته و بر اساس تئوری سیستم‌های کلیدزن، معیاری برای بررسی پایداری سیستم حلقه‌بسته همراه با تأخیر زمانی و اتلاف داده ارائه شده است. تأخیر زمانی و اتلاف داده به عنوان پارامترهای کلیدزنی انتخاب شده و زیر مجموعه‌ای از سیستم‌های دینامیکی در فضای حالت گسسته ایجاد شده است. با ارائه تابع لیاپانوف برای کلیه زیرمجموعه‌ها و حل نامساوی‌های ماتریسی می‌توان پایداری سیستم را بررسی نمود. نتایج حاصل از شبیه‌سازی بیانگر اثر اتلاف داده در پایداری سیستم با در نظرگرفتن تأخیر زمانی در مسیرهای پیش‌خور و پس‌خور است.

https://mej.aut.ac.ir/article_4389_0d27688c61c5a172e8e45956cd70cba2.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 10 2021 12 22 Modified Variable Structure Estimation and Control for Constrained Landing on Mars اصلاح الگوریتم تخمین و کنترل ساختار متغیر برای فرود مقید مریخ‌نشین 5055 5068 4451 10.22060/mej.2021.19629.7074 FA مریم کیانی گروه مهندسی فضایی، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران رضا احمدوند مهندسی فضایی، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران Journal Article 2021 02 12 Landing on Mars is one of the paramount space missions undergoing various system and environmental uncertainties. Hence an exact model to represent the dynamic system cannot be achieved in advance, and subsequently, model-based navigation algorithms degrade. In this regard, the present paper has focused on a robust integrated estimation and control algorithm to attain accurate navigation in the presence of different uncertainties for the nonlinear problem of landing on Mars. The proposed algorithm has been developed based on the variable structure control framework. This method alleviates limitations of the existing algorithms including the requirement of the Jacobian calculation and the dimension equality for the state and measurement vectors via statistical linearization and the generalized matrix inverse theory, respectively. The performance of the proposed algorithm has been investigated via Monte Carlo simulations in the presence of different uncertainties including atmosphere instability and modeling errors, the time delay of actuators, the geometric constraint of the landing site as well as the saturation limitations of actuators. In addition, the obtained results have been compared to those of the well-known extended Kalman filter proportional–integral–derivative combination. This comparison proves the superiority of the proposed variable structure estimation and control algorithm in terms of accuracy and robustness. فرود بر سیاره مریخ یکی از مسائل مهم و چالشی صنعت فضایی بوده که با عدم قطعیت‌های سیستمی و محیطی فراوانی مواجه است. لذا، دستیابی به مدل دقیقی از دینامیک مریخ‌نشین امکان‌پذیر نیست. در این راستا، پژوهش حاضر به طراحی الگوریتم یکپارچه تخمین و کنترل مرحله آخر فرود یعنی نشست پرداخته است به‌‌گونه‌ای که بتواند در برابر عدم قطعیت‌های موجود عملکرد قابل قبولی ارائه دهد. الگوریتم پیشنهادی برمبنای چارچوب کاری کنترل ساختارمتغیر شکل گرفته و نیاز به ژاکوبین‌گیری و ایجاد اندازه‌گیری‌های مصنوعی را به کمک جایگزینی خطی‌سازی تحلیلی با خطی‌سازی آماری و تئوری معکوس تعمیم‌یافته ماتریس برطرف نموده است. عملکرد الگوریتم پیشنهادی در حضور عدم قطعیت‌های مختلف ناشی از شرایط اولیه تصادفی دینامیک کوپل مریخ‌نشین، خطای مدلسازی نیرو‌ها و گشتاورهای وارده، تأخیر زمانی عملگرهای کنترلی و با لحاظ‌کردن قیود هندسی محل فرود و اشباع عملگرها بررسی شده است. در ادامه، عملکرد الگوریتم ناوبری مقاوم پیشنهادی با نتایج حاصل از ترکیب الگوریتم‌های متداول فیلتر کالمن توسعه‌یافته و کنترلر تناسبی-انتگرالی-مشتقی در مسئله غیرخطی فرود بر سیاره مریخ قیاس شده است. نتایج به‌دست آمده از شبیه‌سازی‌های مونت کارلو به وضوح عملکرد دقیق و مقاوم الگوی ناوبری و کنترل پیشنهادی را نشان داده و برتری آن نسبت به الگوریتم‌های متداول رایج را تأیید می‌کند.

https://mej.aut.ac.ir/article_4451_6d4f95bf53bba28f148641c8561dbf98.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 10 2021 12 22 Investigation of Nonlinear Vibrations of A Cantilever Beam with A Transverse Fatigue Crack بررسی ارتعاشات غیرخطی تیر یک سرگیردار با یک ترک خستگی عرضی 5069 5084 4362 10.22060/mej.2021.19435.7027 FA سعید ایرانی دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران مسعود خرازان دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران محمد علی نوریان دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران 0000-0002-7239-3099 Journal Article 2020 12 31 Nonlinear vibrations due to the presence of fatigue cracks are suitable indicators for detecting cracks in the structure. Late detection of such cracks may lead to catastrophic failures. Therefore, identifying the behavior of the cracked structure is very important for the prevention of structural failures. In this study, the nonlinear vibration of a cantilever beam with a transverse breathing crack and bilinear behavior has been studied. For this purpose, the restoring force of the cracked beam is considered a nonlinear polynomial function. Then, using the method of multiple scales, the approximated equation of the cracked beam is solved, and the frequency-response curves for both harmonic and superharmonic resonances are extracted. Then, the sensitivity of the responses to the crack depth, crack location, excitation force amplitude, and damping coefficient are investigated. The cracked beam frequency-response curves in the primary resonance have become highly nonlinear due to the increase of the crack parameters and cause softening of the curves. Also, it was observed that the behavior of the beam in superharmonic resonance is highly sensitive to the presence of a fatigue crack in the structure. پدیده‌های غیرخطی به طور گسترده‌ای در کاربردهای مهندسی وجود دارند. یک نمونه متداول از این پدیده‌ها در سازه‌های هوافضایی، ایجاد ترک‌های خستگی می‌باشد که تحت بارهای دینامیکی در طی سیکل ارتعاشات مدام باز و بسته می‌شوند و سبب ایجاد یک رفتار دو خطی در سازه می‌شوند. شناسایی دیرهنگام چنین آسیب‌های سازه‌ای می‌تواند منجر به ایجاد خرابی‌های فاجعه بار شود. بنابراین، شناسایی رفتار غیرخطی سازه ترک‌دار امری ضروری و بسیار حائز اهمیت می‌باشد. در این مطالعه رفتار غیرخطی یک تیر یکسرگیردار با یک ترک خستگی تنفسی و رفتار دوخطی مورد بررسی قرار گرفته است. به همین منظور در ابتدا به تخمین تابع چندجمله‌ای معادل با تابع دو خطی سفتی تیر پرداخته می‌شود. در ادامه با استفاده از روش اغتشاشات مقیاس‌های چندگانه معادله غیرخطی تیر مورد بررسی قرار گرفته و روابط دامنه بر حسب فرکانس تنظیمی در هر دو حالت رزونانس‌های هارمونیک و سوپرهارمونیک استخراج می‌گردند. سپس به بررسی حساسیت پاسخ به پارامترهایی مانند عمق و محل قرارگیری ترک، مقدار نیروی تحریک و میرایی تیر پرداخته شده است. با توجه به نتایج مشاهده گردید منحنی‌های پاسخ تیر در رزونانس اصلی در اثر تشدید پارامترهای ترک به شدت غیر خطی شده و دچار پدیده نرم‌شوندگی منحنی پاسخ گردیده‌اند. همچنین مطابق با نتایج رفتار تیر در رزونانس سوپرهارمونیک مرتبه دوم حساسیت بالاتری را به وجود ترک تنفسی نسبت به حالت رزونانس اصلی تیر دارد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4362_52c670999cdef4b09eb656850da777c4.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 10 2021 12 22 Investigating the Influence of Higher-Order Boundary Conditions on Free Vibrations of Bi-Directional Functionally Graded Thick Conical Micro-Shells بررسی تأثیر شرایط مرزی مرتبه بالا بر ارتعاشات آزاد ریزپوسته‌‌های ضخیم مخروطی مدرج تابعی دوجهته 5085 5104 4445 10.22060/mej.2021.19796.7116 FA محسن تقی زاده گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه حکیم سبزواری 0000-0003-1945-6131 امیررضا عسکری گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه حکیم سبزواری 0000-0002-8090-7926 Journal Article 2021 03 28 The present paper investigates the influence of higher-order boundary conditions caused by accounting for the small scales effect on free vibrations of bi-directional functionally graded thick conical micro-shells. The present model accounts for the gradation of the material length scale parameter as one of the micro-shell mechanical properties along with its thickness as well as its axial axis. The modified couple stress as well as the first-order shear deformable love shell theories together with the Ritz method are employed to obtain the eigenvalue eigenvector equations governing the free vibrations of the microstructure. These equations are solved for some different types of boundary conditions. The present findings are compared and successfully validated by the available results in the literature. The influences of small scales, higher-order boundary conditions, and power-law distribution indices in both the transversal and axial directions on free vibrations of conical micro-shells are then investigated. The results reveal that higher-order boundary conditions play a crucial role in the dynamics of conical micro-shells especially when these boundary conditions directly affect the eigenmodes which are dominant in the dynamics of the structure. In addition, it is observed that although the dynamics of the present conical micro-shell is affected by the power-law distribution indices in both the transversal and axial directions, it is more sensitive to the transversal one. پژوهش پیش‌‌رو تأثیر شرایط مرزی مرتبه بالای ناشی از در نظر گرفتن اثر ابعاد کوچک را بر ارتعاشات آزاد ریزپوسته‌‌های ضخیم مخروطی مدرج تابعی دوجهته بررسی می‌‌کند. مدل حاضر تغییرات پارامتر مقیاس طول مادی را به‌‌عنوان یکی از خواص مکانیکی ریزپوسته در راستای ضخامت و همچنین در امتداد محور طولی آن مد نظر قرار می‌‌دهد. تئوری‌‌های‌‌ تنش‌‌کوپل بهبود یافته و پوسته لاو با در نظر گرفتن تغییر شکل‌‌های برشی مرتبه اول به‌‌همراه روش ریتز به‌‌خدمت گرفته می‌‌شوند تا معادلات مقدار ویژه - بردار ویژه حاکم بر ارتعاشات آزاد ریز سازه تعیین شوند. این معادلات برای چند شرط مرزی مختلف حل می‌‌گردند. نتایج حاضر با نتایج موجود در مقالات مرتبط مقایسه و به‌‌صورت موفقیت‌‌آمیزی صحه‌‌گذاری می‌‌شوند. سپس اثرات ابعاد کوچک، شرایط مرزی مرتبه بالا و اندیس‌‌های تابع توزیع توانی در هر دو راستای عرضی و طولی بر ارتعاشات آزاد ریزپوسته‌‌های مخروطی شکل مورد بررسی قرار می‌‌گیرند. نتایج حاکی از آنند که شرایط مرزی مرتبه بالا نقشی حیاتی در دینامیک ریزپوسته مخروطی بازی می‌‌کنند؛ خصوصاً هنگامی‌‌که این شرایط مرزی مودهای غالب در دینامیک سازه را مستقیماً تحت تأثیر قرار می‌‌دهند. همچنین مشاهده گردید اگرچه دینامیک ریزپوسته مخروطی حاضر از اندیس‌‌های تابع توزیع توانی در هر دو راستای عرضی و طولی تحت تأثیر می‌‌پذیرد، اما حساسیت بیشتری نسبت به اندیس عرضی دارد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4445_580796a888df897b38097bd6c1fdaa96.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 10 2021 12 22 Semi-Analytical Study of Fluid-Induced Nonlinear Vibrations in Viscoelastic Beams with Standard Linear Solid Model Using Multiple Time Scales Method بررسی نیمه تحلیلی ارتعاشات غیرخطی القائی ناشی از سیال در تیرهای ویسکوالاستیک با مدل جامد استاندارد با استفاده از روش‌‌ مقیاس‌های زمانی چندگانه 5105 5122 4468 10.22060/mej.2021.19801.7117 FA غلامرضا زارع پور استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران ایلقار جوانشیر دانشکده مهندسی مکانیک-دانشگاه گیلان-رشت Journal Article 2021 03 29 In this research, the behavior of nonlinear vibrations of the viscoelastic Euler-Bernoulli beam under the influence of external fluid flow has been studied. The governing equations of motion are obtained by assuming Von-Karman nonlinear strain-displacement relations and considering the interaction between structure and fluid. To consider more realistic hypotheses, contrary to previous researches, the effect of viscoelastic behavior has been evaluated using a more complete and practical model called the Standard linear solid model. After non-dimensionalizing the motion equations, the governing nonlinear differential equations are discretized using the Galerkin method. Then, the system's analytical response is acquired through the method of multiple time scales. After verifying the results and confirming the semi-analytical method's accuracy with the numerical solution results, different parameters' effect on the system's dynamic behavior has been analyzed. The results indicate that the viscoelastic behavior and the nonlinear model significantly affect the lock-in area and the maximum amplitude of the viscoelastic beam vibrations. In most studies on viscoelastic beams' vibrations, the damping effect in nonlinear terms has been neglected. However, this study demonstrates that the effect of damping on terms related to the nonlinearity of strain fields is substantial. در این تحقیق رفتار ارتعاشات غیرخطی تیر اویلر-برنولی ویسکوالاستیک تحت تأثیر جریان سیال خارجی مطالعه شده است. معادلات حاکم بر حرکت با فرض روابط کرنش-جابجایی غیرخطی ون کارمن و در نظر گرفتن اندرکنش بین سازه و سیال به دست آمده است. به منظور در نظر گرفتن فرضیات واقع‌بینانه‌تر، اثر رفتار ویسکوالاستیک با استفاده از مدل کامل‌تر و واقع‌بینانه‌تر جامد استاندارد در نظر گرفته شده است. پس از بی‌بعدسازی معادلات حرکت، معادلات دیفرانسیل غیرخطی حاکم توسط روش گالرکین گسسته‌سازی شده و پاسخ تحلیلی سیستم با استفاده از روش مقیاس‌های زمانی چندگانه به دست آمده است. پس از صحت‌سنجی نتایج و تأیید دقت روش نیمه‌تحلیلی با نتایج حاصل از حل عددی، تأثیر پارامترهای مختلف بر رفتار دینامیکی سیستم مطالعه شده است. نتایج نشان می‌دهد رفتار ویسکوالاستیک و مدل غیرخطی تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر ناحیه قفل‌شدگی و همچنین حداکثر دامنه نوسانات تیر ویسکوالاستیک دارد. با توجه به اینکه در اکثر مطالعات انجام شده در زمینه ارتعاشات تیرهای ویسکوالاستیک، اثر میرایی در جملات غیرخطی صرف‌نظر شده است، نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که تأثیر میرایی بر جملات ناشی از غیرخطی بودن میدان‌های کرنش قابل ملاحظه بوده و این اثرات بایستی در استخراج معادلات حرکت حاکم بر رفتار ارتعاشاتی سازه‌های ویسکوالاستیک در نظر گرفته شود.

https://mej.aut.ac.ir/article_4468_88c040adb393832c87914347cc2afc3f.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 10 2021 12 22 Simulation of Pitting Corrosion on Gas Turbine Compressor Blade شبیه‌سازی خوردگی حفره‌ای روی پره‌ی کمپرسور توربین گازی 5123 5140 4411 10.22060/mej.2021.19342.7003 FA یوسف ملاپور دانشجوی دکتری مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه زنجان اسماعیل پورسعیدی عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی دانشگاه زنجان* Journal Article 2020 12 04 The first row rotating blades of four axial-flow compressors were prematurely fractured. Previous investigations showed that the site atmosphere contains corrosive compounds which lead to an increase in the possibility of pitting on the blades. To this end, experimental and numerical studies are considered. Replica testing, scanning electron microscope and fractography of the broken blade indicate that the pits join together and make one bigger pit under stress-corrosion cracking mechanism which reduces the failure time. 3-D models of the pitting on the blade under existing forces are analyzed by COMSOL Multiphysics software. Finite element analysis shows good similarities with fractography photos. Stress concentration and interaction of stresses around the pits are two mechanical reasons for the initiation and growth of cracks. Calculations show that the occurrence of stress-corrosion cracking at the location of the pit reduces the crack initiation time to half. The presence of pits increased the stress by approximately 130 MPa relative to the healthy blade. The part between the two pits with a stress of approximately 180 MPa showed the interaction of the two pits in the operating conditions of the compressor blade. پره‌های متحرک ردیف اول چهار کمپرسور جریان محوری توربین گازی به دلیل وجود اجزای خورنده در محیط و افزایش امکان ایجاد حفره روی پره‌ها به‌طور ناگهانی شکسته شدند. در این پژوهش به بررسی عددی و آزمایشگاهی خوردگی حفره‌ای روی پره‌ی کمپرسور توربین گازی در شرایط کارکرد واقعی ‌پرداخته می‌شود. بررسی‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی و شکست‌نگاری پره‌ی شکسته شده، نشان داد که حفره‌ها تحت مکانیزم ترک خوردگی تنشی به‌هم متصل شده و یک حفره‌ی بزرگ‌تر را تشکیل داده‌اند که این موجب کاهش بیشتر زمان واماندگی شده است. حفره‌های موجود روی پره، با نرم‌افزار کامسول شبیه‌سازی و تحت نیروهای وارده تحلیل شده است. حفره‌ها به یکدیگر متصل شده و به ترک خوردگی تنشی تبدیل می‌شود و با عنایت به خورندگی محیط، مکانیزم خستگی خوردگی نیز فعال می‌شود. ناحیه‌ی تمرکز تنش در حفره‌ها واضح است که محل شروع ترک خوردگی تنشی و خستگی خوردگی می‌باشند. وجود حفره‌های روی پره، باعث افزایش تنش برابر 130 مگاپاسکال نسبت به پره بدون حفره شده است. نتایج بدست آمده مطابقت مناسبی با مشاهدات در محل ترک و نتایج تجربی دارد که صحه‌گذار بر درستی شبیه‌سازی عددی می‌باشد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4411_e243aa93e6b6e031797f86d0858f5e40.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 10 2021 12 22 Experimental and Theoretical Assessment of Mode II Fracture Toughness for Cracked Ductile Specimens with High Strain-Hardening بررسی تجربی و تئوری چقرمگی شکست مود 2 خالص برای قطعات نرم ترک‌دار با کرنش- سختی بالا 5141 5158 4344 10.22060/mej.2021.19493.7038 FA هادی صادقیان علم و صنعت مجید رضا آیت اللهی علم و صنعت علیرضا ترابی گروه آموزشی هوافضا، دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران Journal Article 2021 01 13 In this research, the mode II fracture toughness of O-notched diagonally loaded square plate samples with pre-existing cracks which are made of stainless steel 316L with specifications of highly ductile behavior and great strain hardening is investigated theoretically and experimentally. For this purpose, several fracture tests are carried out on the pre-cracked specimens to determine the fracture toughness experimentally. The experimental observations and the load-displacement curves obtained from the fracture tests illustrate that the pre-cracked specimens undergo large plastic deformations at the onset of crack propagation. Afterward, the fictitious material concept is used to estimate the values of fracture toughness achieved experimentally. By using the fictitious material concept, the fracture toughness of pre-cracked specimens fabricated from stainless steel 316L could be estimated without the need for complicated and time-consuming elastic-plastic failure analysis and by performing only linear elastic analysis. For this purpose, the fictitious material concept is simply combined with mean stress, generalized mean stress, maximum tangential stress, generalized maximum tangential stress, strain energy density, and generalized strain energy density criteria. It is shown that the combination of fictitious material concepts with four linear elastic brittle fracture criteria is quite successful in predicting the mode II fracture toughness of ductile pre-cracked specimens. هدف از این پژوهش، بررسی تجربی و تئوری چقرمگی شکست صفحات مربعی شیاردار همراه با پیش‌ترک مرکزی تحت بارگذاری مود 2 خالص است. این صفحات از فولاد ضد زنگ 316- ال با خاصیت چکش‌خواری و کرنش- سختی بالا ساخته شده‌اند. به منظور تعیین تئوری چقرمگی شکست این قطعات، از مفهوم ماده فرضی استفاده شده است. با استفاده از این مفهوم می‌توان بدون نیاز به تحلیل‌های پیچیده الاستیک- پلاستیک و تنها با بکارگیری تحلیل‌های مکانیک شکست الاستیک خطی، چقرمگی شکست مواد چکش‌خوار را پیش‌بینی کرد. به عبارت دیگر، براساس فرضیات مفهوم ماده فرضی می‌توان ماده ترد فرضی با خاصیت الاستیک خطی را جایگزین فولاد 316- ال کرد. سپس با ترکیب مفهوم ماده فرضی با معیارهای تنش میانگین، تنش میانگین تعمیم یافته، بیشینه تنش مماسی، بیشینه تنش مماسی تعمیم یافته، چگالی انرژی کرنشی و چگالی انرژی کرنشی تعمیم یافته، مقادیر چقرمگی شکست قطعات مورد نظر تخمین زده می‌شود. به منظور تأیید مقادیر چقرمگی شکست تخمین زده شده، آز‌مون‌های شکست بر روی نمونه‌های آزمایشگاهی مورد نظر انجام شده است. مشاهدات تجربی نشان می‌دهد که این قطعات در آستانه رشد ترک، تغییر شکل پلاستیک زیادی را تجربه می‌کنند. مقایسه نتایج نشان می‌دهد که معیارهای ترکیبی بررسی شده می‌توانند بخوبی نتایج تجربی را پیش‌بینی کنند.

https://mej.aut.ac.ir/article_4344_3c7417b8df0daf23f39f445e740c7a43.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 10 2021 12 22 Experimental Studies on The Tribology Behavior of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene /Zeolite Nanocomposite مطالعه تجربی رفتار سایشی نانوکامپوزیت‌های پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا/‌زئولیت 5159 5168 4339 10.22060/mej.2021.19525.7044 FA رسول محسن زاده دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، میانه، ایران Journal Article 2021 01 18 In this research article, the effect of zeolite nanoparticles on the tribological properties of ultra-high molecular weight polyethylene, which are widely used in orthopedic implants, and its nanocomposites have been studied. Improving the tribological properties of this polymer is one of the medical industry challenges which has an important effect on the lifetime of orthopedic implants. Nanocomposites based on ultra-high molecular weight polyethylene blend, containing 2 to 6 wt. % of nano-zeolite were prepared via melt compounding followed by injection molding. The morphology was studied using scanning electron microscopy. The wear rate and contact temperature of specimens, as well as friction coefficient, were characterized by employing a pin on disk wear test under 50 N and sliding velocity of 0.5 m/s. The wear rates, contact temperature, and friction coefficient of nanocomposite containing 4 wt. % of nano-zeolite, were 56, 32, and 26%, respectively, lower than those of neat ultra-high molecular weight polyethylene. In contrast, the application of 6 wt. % of nano-zeolite led to agglomeration and increased wear, temperature, and coefficient of friction compared to nanocomposite samples. In addition, the morphology of nanocomposite samples, after testing, revealed a smoother surface with mild abrasion marks than that of pure ultra-high molecular weight polyethylene sample. در این پژوهش، تأثیر نانو ذرات زئولیت بر خواص سایشی پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا که کاربرد فراوانی در کاشتنی‌های ارتوپدی دارند، مورد مطالعه قرار گرفته است. بهبود خواص سایشی این پلیمر، از جمله چالش‌های صنعت پزشکی می‌باشد و تأثیر مستقیم بر عمر کاشتنی‌های ارتوپدی دارد. نمونه‌های استوانه‌ای نانوکامپوزیتی بر پایه آمیخته پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا حاوی نانوذرات زئولیت (2، 4 و 6 درصد وزنی) به روش اکسترودر و قالب‌گیری تزریقی تولید شد. شکل شناسی نمونه‌ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی مطالعه شد. با استفاده از آزمون پین روی دیسک، مقدار سایش، دما و ضریب اصطکاک تحت نیروی فشاری N 50 و سرعت ثابتm/s 5/0 اندازه‌گیری شد. مقدار سایش، دما و ضریب اصطکاک در نمونه حاوی 4 درصد وزنی از نانو زئولیت، پس از 4500 متر، به‌ترتیب حدود 56، 32 و 26 درصد کمتر از نمونه پلی اتیلنی خالص مشاهده شد. در مقابل، بکارگیری 6 درصد وزنی از نانو ذرات زئولیت، منجر به کلوخه شدن ذرات و افزایش مقدار سایش، دما و ضریب اصطکاک، نسبت به نمونه‌های نانوکامپوزیتی شد. علاوه‌براین، مورفولوژی نمونه‌های نانوکامپوزیتی، پس از آزمون، سطح صافتر و با آثار سایش خراشی کم عمق‌تر نسبت به سطح ساییده شده نمونه پلی اتیلنی خالص نشان داد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4339_feade1d2047977cd0cefdafc40175a99.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 10 2021 12 22 Optimization of Additive Manufactured Part Made by Ti6Al4V Alloy to Achieve Best Relative Density and Surface Roughness بهینه سازی با هدف بهترین زبری سطح و چگالی نسبی در فرایند ساخت افزایشی آلیاژ Ti6Al4V 5169 5184 4516 10.22060/mej.2021.19555.7051 FA امیرحسین قاسمی دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران ولی اله پناهی زاده هیات علمی گروه ساخت و تولید دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی تهران ایران Journal Article 2021 01 26 One of the most popular additive manufacturing techniques is called laser powder bed fusion. Several parameters are involved in this method and four of the most important factors are laser power, scanning speed, infill pattern angle, and hatch space. Change in this parameter has a direct effect on defects and fabricated parts quality. Post-processing treatment such as heat treatment was cared out in order to improve part property and applications. Built time and costs reduce significantly by suitable choice of process parameters and post-processing treatments. In this article genetic algorithm cared out to highest relative density and lowest surface roughness and best value of each parameter presented. The results showed that the best output could achieve by using 102-105 Watt of laser power, 623-630 mm.s-1 scan speed, 73-76 µm of hatch space, and 638-640 °C of heat treatment temperature. یکی از پرکاربردترین روش‌های مدل‌سازی سریع، ذوب بستر پودری با استفاده از پرتوی لیزر است. متغیرهای متعددی در ساخت به این روش وجود دارد که می‌توان به قدرت دستگاه، سرعت لیزر، زاویه چاپ و فاصله دو مسیر متوالی به عنوان مهمترین موارد نام برد. اعمال تغییر در موارد یاد شده تأثیر مستقیم بر عیوب و کیفیت نمونه ساخته شده دارد. فرایندهای تکمیلی مانند عملیات حرارتی نیز برای بهبود خواص و عملکرد قطعه به کار گرفته می‌شوند. انتخاب مناسب و درست متغیرهای ساخت و عملیات تکمیلی علاوه بر بهبود خواص قطعه می‌تواند سبب کاهش هزینه‌ها و زمان ساخت قطعه شود. در این مقاله با استفاده از الگوریتم ژنتیک متغیرهای بهینه برای دستیابی به بیشترین چگالی نسبی و کمترین زبری سطح معرفی می‌شوند. نتایج بهینه سازی حاکی از این است که بهترین نتایج با استفاده از، توان لیزر در محدوده 102 تا 105 وات، سرعت لیزر در محدوده 623 تا 630 میلیمتر بر ثانیه، فاصله دو مسیر متوالی در محدوده 76 تا 73 میکرون و دمای عملیات حرارتی 638 تا 640 درجه سانتی گراد به دست خواهد آمد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4516_573f7f25b7b1eb79a4ec6ba896debefd.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 10 2021 12 22 Accurate Calculation of Nodal Vectors in Isogeometric Analysis of Shell Structures Using Greville Points محاسبه دقیق بردارهای گرهی در تحلیل آیزوژئومتری سازه‌های پوسته‌ای با استفاده از نقاط گریویل 5185 5202 4491 10.22060/mej.2021.19614.7070 FA زهرا قدیمی دانشگاه فردوسی مشهد- دانشکده مهندسی بهروز حسنی فردوسی مشهد-مهندسی- گروه مهندسی مکانیک 0000-0003-1570-4767 Journal Article 2021 02 09 In this paper, the isogeometric analysis of shell structures along with the optimal method for the accurate calculation of nodal vectors is proposed. The Non-uniform rational B-spline is used for shell mid-surface description. According to the Reisner- Mindlin hypothesis, the director vectors at control points are needed for the interpolation of the rotations. The calculated nodal direct vectors must lead to exact interpolated director vectors on the shell surface. Hence, a method has been proposed in which the components of director vectors at control points are obtained by solving a system of equations on the whole patch. The system of equations is formed using known values of direction vectors at the Greville points. The accuracy of the proposed method has been investigated by using the results of the most common problem in shell analysis. Convergence behavior for displacement at the loading points has been studied in all solved problems for a different order of basis functions and net of control points. The deformation results show better convergence behavior with increasing the regularity and order of basis functions. The Greville points are in a one-to-one correspondence with control points. Thus, the system of equations on these points leads to a unique solution for the nodal direction vectors, and the time to solve equations is significantly reduced. در این مقاله تحلیل آیزوژئومتری سازه‌های پوسته‌ای همراه با پیشنهاد روشی بهینه برای محاسبه بردارهای گرهی ارائه شده‌است. هندسه پوسته با استفاده از توابع پایه غیریکنواخت کسری در سطح میانی و تعریف بردارهای گرهی دقیق در راستای ضخامت توصیف شده‌است. با توجه به استفاده از فرمول‌بندی میندلین رایزنر، برای درونیابی چرخش‌ها به بردارهای جهت در نقاط کنترلی نیاز است. این بردارها باید به نحوی محاسبه شوند تا بردارهای درونیابی شده در هر نقطه دلخواه روی سطح دقیق باشند. در این راستا، مولفه‌های بردارهای جهت در نقاط کنترلی با استفاده از حل دستگاه معادلات روی کل وصله بدست آمده‌اند که در آن دستگاه معادلات با استفاده از مقادیر معلوم بردارهای جهت در فواصل گریویل تعریف شده‌است. دقت روش استفاده شده با حل مسائل رایج در تحلیل پوسته بررسی شده‌است و نتایج بدست آمده برای جابجایی، کارایی روش پیشنهادی را نشان می‌دهد‌‌. رفتار همگرایی با افزایش درجه توابع و تعداد نقاط کنترلی، مورد بررسی قرار گرفت و دیده شد که برخلاف روش‌های معمول تعریف بردارهای گرهی، مشکل کاهش دقت حل با افزایش درجه توابع در شبکه‌بندی درشت وجود ندارد، که امکان استفاده از شبکه‌بندی درشت را می‌دهد‌‌. با توجه به تناظر یک به یک بین نقاط کنترلی و گریویل، تعریف دستگاه معادلات روی این نقاط منجر به جواب یکتایی برای بردارهای گرهی می‌شود‌ و با حذف معادلات اضافی، زمان محاسبه بردارها به‌طور چشم‌گیری کاهش می‌یابد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4491_a75a52f7209c01df2598a77ebc4de539.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 10 2021 12 22 Approximate Torsional Analysis of Arbitrary Trapezoidal Bars by Kantorovich Method تحلیل تقریبی پیچش مقاطع ذوزنقه‌ای دلخواه با استفاده از روش کانتوروویچ 5203 5220 4487 10.22060/mej.2021.19655.7083 FA علی مهدوی دانشگاه اراک، اراک، ایران 0000-0002-1052-5885 مهدی یزدانی گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران 0000-0001-8574-9667 زهرا خسروی انجدانی دانشگاه اراک، اراک، ایران Journal Article 2021 02 20 A variety of structural members are expected to safely tolerate torsional moments. These include irregularly-shaped cross-sections (e.g., trapezoidal or triangular sections) in some industries which deserve special considerations for the analysis and design under torsional loading. Therefore, the development of novel methods as alternative approaches seems very necessary, partially because of the deficiency of analytical solutions in treating asymmetric solution domains. Semi-analytical and numerical methods appear as desirable alternatives in most cases. One of the proper tools for dealing with the boundary value problems encountered in the torsional analysis is the vibrational method. The Kantorovich semi-analytical method, known as an extension of the Rayleigh-Ritz method, has been proven advantageous among the others, mainly because of relaxing the conventional limitations in selecting the primary function for satisfying the boundary conditions. Therefore, the purpose of the present study is to extend the applicability of the Kantorovich method to estimate the warping and stress field of arbitrary trapezoidal sections directly. Finally, the efficiency and accuracy of the present solution is verified against a number of existing analytical and numerical methods. The results indicate high precision and rapid convergence of this semi-analytical method. بسیاری از اعضای موجود در سازه‌ها تحت اثر لنگر پیچشی قرار دارند، بنابراین شناخت رفتار پیچشی این اعضا از اهمیت بسیاری برخوردار است. بررسی رفتار پیچشی مقاطع جدار نازک و مقاطعی با شکل هندسی ساده با استفاده از روش‌های تحلیلی و رایج امکان‌پذیر است. در صنعت‌های خاص ممکن است در تحلیل و طراحی سازه‌ها مقاطعی نیاز باشند که هندسه‌ی آنها خارج از چارچوب مقاطع مرسوم طبقه‌بندی شود و از آنجایی که محاسبه پاسخ این مقاطع با روش‌های رایج امکان‌ناپذیر یا دشوار است، بنابراین توسعه روش‌های جدیدتر بسیار ضروری به نظر می‌رسد. از جمله این مقاطع می‌توان به مقطع ذوزنقه‌ای اشاره نمود. به علت دشواری تحلیل دقیق مسائل با دامنه‌های نامتقارن، روش‌های نیمه‌تحلیلی و عددی بهترین جایگزین برای حل این دسته از مسائل است. یکی از روش‌های مناسب برای حل مسائل مقدار مرزی، روش حساب تغییرات است که از میان این روش‌ها روش نیمه‌تحلیلی کانتوروویچ که تعمیم‌یافته روش رایلی-ریتز است به دلیل عدم محدودیت انتخاب تابع اولیه جهت برآورد شرایط مرزی یک روش قدرتمند جهت حل مسائل است. هدف از پژوهش حاضر توسعه روش کانتوروویچ برای حل معادله حاکم بر مسئله پیچش، محاسبه اعوجاج و میدان تنش مقطع دلخواه ذوزنقه به صورت مستقیم است. به منظور ارزیابی دقت روش کانتوروویچ، حل حاصل از این روش با سایر روش‌های موجود مقایسه شده است. نتایج حاکی از دقت بالا و همگرایی سریع روش مذکور است.

https://mej.aut.ac.ir/article_4487_14da92f2bdaec7f2218042a5b6124570.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 10 2021 12 22 Design and Multi-Objective Optimization of A Magnetohydrodynamic Drug Delivery Infusion Micropump طراحی و بهینه‌سازی چندهدفه یک میکروپمپ هیدرودینامیک مغناطیسی تزریق دارو 5221 5238 4307 10.22060/mej.2021.19678.7088 FA بابک زاهد دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران. امین بهزادمهر استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران. حسن آذرکیش دانشیار، گروه مهندسی مکانیک (مکاترونیک)، دانشکده مهندسی نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران. طاهره فنایی شیخ الاسلامی استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران 0009-0006-4270-9781 قاسم میری علی آباد دانشیار، گروه کودکان، مرکز تحقیقات سلامت کودکان ونوجوانان، دانشگاه علوم پزشکی زاهدان، زاهدان، ایران. Journal Article 2020 07 07 Continuous drug infusion plays an important role in drug effectiveness. However, in most cases, the size, weight, and power consumption of conventional pumps are among the most important factors that cause a lot of problems for patient comfort. The present work aims to design and optimize a Magnetohydrodynamic micropump for continuous drug infusion. A mathematical model of Magnetohydrodynamic micro pump is proposed and solved analytically to investigate its feasibility for drug infusion. For the patient's comfort, the micropump is optimized using non-dominated sorting genetic algorithm II. The number of channel rows and columns, channel height and width, and driving voltage are chosen as decision variables for multi-objective optimization. The Pareto front of the optimization result is presented. Six possible cases that meet the desired specifications are selected using a fuzzy decision-making approach. A computational fluid dynamic model is adopted to predict bubble formation due to the electrolysis phenomena. With higher reliability without any mechanical part, the present design can deliver drug flow 48 times while its driving voltage is 3 times lower than a conventional micro pump. In addition, it provides potentially better reliability and a simple fabrication process without any mechanical parts. تزریق مداوم دارو نقش مهمی در تاثیرگذاری دارو ایفا می‌کند، با این حال در اغلب موارد، اندازه، وزن و توان مصرفی پمپ‌های تزریق متداول فاکتورهای مهمی هستند که مشکلات عمده‌ای برای راحتی بیمار در حین تزریق مداوم ایجاد می‌کند. هدف پژوهش حاضر طراحی و بهینه‌سازی یک میکروپمپ هیدرودینامیک مغناطیسی به منظور تزریق مداوم دارو است. به منظور بررسی امکان تزریق دارو توسط پمپ مذکور، یک مدل ریاضی برای میکروپمپ هیدرودینامیک مغناطیسی پیشنهاد و به صورت تحلیلی حل شده است. سپس به منظور راحتی بیمار حین تزریق، میکروپمپ با استفاده از الگوریتم ژنتیک مرتب‌سازی غیرمغلوب بهینه گردید. پارامترهای تعداد سطر و ستون کانال‌ها، عرض و ارتفاع کانال و همچنین ولتاژ کارکرد به عنوان متغیرهای تصمیم‌گیری در بهینه‌سازی چند هدفه انتخاب شد و در ادامه، نتایج بهینه‌سازی به صورت نمایش جبهه پرتو گزارش داده شده است. شش حالت مختلف که خصوصیات موردنظر طراحی را دارا بود با استفاده از روش تصمیم‌گیری فازی انتخاب شد. در ادامه نیز مدل دینامیک سیالات محاسباتی برای پیش بینی شکل‌گیری حباب به دلیل الکترولیز سیال تهیه شد. طراحی حاضر علاوه بر قابلیت اطمینان بالاتر به دلیل نداشتن قسمت‌های مکانیکی، قابلیت تحویل جریان سیال تا 48 برابر بیشتر، در ولتاژ کارکردی سه برابر کمتر، در مقایسه با میکروپمپهای متداول را داراست. علاوه بر این، طراحی حاضر قابلیت اطمینان بالاتر و فرایند ساخت ساده‌تر بدون هیچگونه بخش مکانیکی را نیز داراست.

https://mej.aut.ac.ir/article_4307_38087d90fe0083a5d17fef54ed2b3220.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 10 2021 12 22 Lateral Stability Analysis of Thin-Walled Fiber-Metal Laminate Beam with Varying Cross-Section by Considering Nonlinear Strains تحلیل کمانش جانبی تیر جدار نازک ساندویچی کامپوزیت-فلز با سطح مقطع متغیر و در نظر گرفتن کرنش‌های غیرخطی 5239 5268 4502 10.22060/mej.2021.19700.7093 FA معصومه سلطانی دانشکده مهندسی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران آزاده سلطانی گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه کاشان، ایران Journal Article 2021 03 06 In this paper, the lateral-torsional buckling behavior of thin-walled fiber-metal laminate beams with varying I-section is perused using an innovative and accurate methodology. Considering the coupling between the bending displacements and the twist angle, the system of lateral stability equations is derived via the energy method in association with Vlasov’s model for thin-walled beam and the classic lamination theory. By uncoupling the equilibrium differential equations, the system of governing equations is transformed to a fourth-order differential equation in terms of the twist angle. The differential quadrature method is then applied to solve the resulting equation and to acquire the lateral buckling loads. The accuracy of the proposed methodology has been investigated by comparing the results with the outcomes obtained using ANSYS finite element software. In the following, the effect of significant parameters such as stacking sequence, fiber angle, fiber type, web tapering ratio, load height parameter, and volume fraction of metal on lateral buckling load of fixed-free fiber-metal laminate tapered I-beam under uniformly distributed load has been investigated. The results show that the optimum fiber orientation is achieved is obtained by placing fibers at 45 in the web and 0 in both flanges between two aluminum sheets. کامپوزیت‌های لایه‌ای الیاف-فلز که از ترکیب لایه‌های فلزی و کامپوزیت‌های تقویت شده با الیاف ساخته می‌شوند، به دلیل وزن کمتر و خواص مکانیکی مناسب‌تر، در صنایع هوایی، دریایی و خودروسازی کاربرد فراونی پیدا کرده‌اند. در این پژوهش برای اولین بار پایداری جانبی-پیچشی تیر باریک شونده با مقطع I شکل متقارن از جنس کامپوزیت هیبریدی چند لایه الیاف-فلز مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، معادلات پایداری جانبی-پیچشی و شرایط مرزی با به کارگیری مدل ولاسو برای مقاطع جدار نازک باز، تئوری کلاسیک لایه‌ای و با فرض تغییر شکل‌های کوچک تعیین می‌گردند. سپس با استفاده از یک رابطه کمکی دستگاه معادلات حاکم به یک معادله دیفرانسیل مستقل مرتبه چهار برحسب زاویه پیچش تبدیل می‌شود. در ادامه، معادله نهایی با بهره گیری از روش عددی مربعات دیفرانسیل و فرضیات این روش حل و مقدار بار کمانش جانبی-پیچشی محاسبه می‌شود. پس از بررسی صحت و دقت روش معرفی شده، اثرات پارامترهای مهم مانند، چیدمان لایه‌ها، زاویه قرارگیری الیاف، جنس الیاف، تغییر ارتفاع جان تیر، محل اعمال بار عرضی و کسر حجمی فلز بر ظرفیت کمانش جانبی تیر جدار نازک با مقطع متغیر و شرایط انتهایی گیردار-آزاد مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که چیدمان بهینه با قرار گیری لایه‌های الیافی سازنده بال تیر با زاویه صفر درجه و لایه‌های الیافی تشکیل دهنده جان با زاویه 45 درجه بین دو ورق آلومینیومی حاصل می‌شود. همچنین ثابت شد که تغییرات درصد حجمی فلز در مقایسه با تغییر ارتفاع جان تیر نیم‌رخ، بار کمانش جانبی را با شدت بیشتری تغییر می‌دهد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4502_767b2cc82cecc0385fe6f1086dd2c748.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 10 2021 12 22 Thermal Stress Analysis of the Carbon Nanotube Reinforced Composite Cylindrical Shells تحلیل تنش حرارتی پوسته استوانه‌ای کامپوزیتی تقویت شده با نانو‌لوله‌های کربنی 5269 5292 4412 10.22060/mej.2021.19733.7099 FA حامد امینی ویدا دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران حسن شکراللهی استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران رضا بیگ پور دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران Journal Article 2021 03 10 This paper presents an analytical and computational approach for investigating the behavior of a simply supported carbon nanotube-reinforced composite shell that has been exposed to temperature variations. The equations are solved using the Ritz energy method for the analytical solution and ABAQUS finite element software for numerical solution. The displacement field is the first-order shear deformation theory, and the linear equations were solved using the rule of the mixture to determine the mechanical properties of carbon nanotube-reinforced composites. A uniform distribution of temperature with no heat flux in the shell and nanotubes in five distinct shapes classified as V, A, X, and O have been considered in this study. The support conditions are the same in all cases, but the temperature, thermal boundary conditions, and carbon nanotube volume function values vary. The findings are illustrated in a detailed manner in the form of diagrams, which perfectly demonstrate the differences between both of the carbon nanotube distribution material models. Validation of the results shows great compatibility in energy solution and finite element methods. The results show that increasing the volume function of the carbon nanotubes increases the stress values and thermal gradients, and on the other hand, reduces the displacement, and by increasing the temperature the number of stress increases. در این مقاله، رفتار پوسته استوانه‌ای کامپوزیتی تقویت‌شده با نانولوله‌های کربنی تحت بار حرارتی و شرایط تکیه‌گاهی ساده، به روش تحلیلی و عددی مورد بررسی قرار گرفته‌است. میدان جابجایی خطی و بر اساس تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول فرض شده‌است. برای حل معادلات از روش انرژی ریتز و نرم افزار المان محدود آباکوس استفاده شده‌است. برای تعیین ویژگی‌ها و خواص مکانیکی ماده، تئوری اختلاط با پنج شکل مختلف توزیع نانولوله‌ها به کار رفته‌است. این توزیع نانولوله‌ها به شکل یکنواخت و شکل‌های V، A، X و O، با فرض توزیع یکنواخت دما و عدم وجود شار حرارتی تولیدی در پوسته در نظر گرفته‌شده‌است. در هر یک از این حالت‌ها، شرایط تکیه‌گاهی یکسان است، اما درجه حرارت، شرایط مرزی حرارتی و مقادیر توابع حجم نانولوله کربنی متفاوت است. نتایج اعتبارسنجی نشان می‌دهد که هر دو روش حل انرژی و المان محدود دارای تطابق خوبی با یکدیگر هستند. نتایج تفاوت رفتار هر یک از مدل‌های ماده توزیع نانولوله‌های کربنی و همچنین تأثیر افزایش درجه حرارت و افزایش تابع حجم نانولوله‌های کربنی بر روی گرادیان حرارت، مولفه‌های تنش و جابجایی نمایش داده شده‌است. نتایج نشان می‌دهد که افزایش تابع حجم نانولوله کربنی باعث افزایش مقادیر تنش و گرادیان حرارتی شده و از طرف دیگر باعث کاهش جابجایی شده‌است.

https://mej.aut.ac.ir/article_4412_6cf821bc98b2d343170185bb3de84cc4.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 53 10 2021 12 22 Study and Optimization of Effective Parameters in The Occurrence of Blush Defect in The Plastic Injection Molding Process by Analysis of Variance بررسی و بهینه‏سازی پارامترهای مؤثر در بروز عیب برش جریان در فرآیند قالب‌گیری تزریق پلاستیک به روش تحلیل واریانس 5293 5308 4388 10.22060/mej.2021.19260.6990 FA علیرضا ملائی اردستانی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران قاسم اعظمی راد دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران 0000-0001-9323-1294 Journal Article 2020 11 14 Plastic injection is one of the most important and common processes in plastic parts production. During this process, many defects can take place that affects products quality. So trying to remove these defects is very vital for the plastic industry. This research focuses on removing or decreasing one of these defects, called Blush. For this purpose, eight parameters with the probability of affecting the occurrence of this defect, which are material temperature, injection speed, mold temperature, holding pressure, runner diameter, gate diameter, gate angle, and included angle have been considered to be investigated. To study the effect or lack of effect, the extent, and the manner of the effect of these parameters on the Blush defect, a 1/8 Fractional factorial design of experiment with eight factors and two levels was performed by Minitab software. Then after finite element analysis in MoldFlow software and validation of analysis with experimental tests, the area of defect that occurred in each case was calculated by geometric methods. After analysis of variance of the data, it was found that the parameters of runner diameter, holding pressure, flow rate, and melt temperature respectively, have the most significant effects on this defect. Then, for the four factors mentioned, an experimental design of composite cube design was performed and after performing finite element analysis and analysis of variance on the data, it was found that all four parameters have a significant impact. It was also found that by increasing melt temperature, and holding pressure, and reducing the runner diameter and flow rate to the optimal level, the area of blush defect will be reduced by 82.2%. فرآیند تزریق پلاستیک یکی از مهم‌ترین و رایج‏‌ترین روش‌‏ها در تولید قطعات پلاستیکی است. عیوب بسیاری ممکن است در این فرآیند رخ دهند که کیفیت قطعه را ازنظر ظاهری و کارایی دچار مشکل می‏‌کنند. لذا تلاش برای رفع این عیوب در این صنعت بسیار حائز اهمیت است. یکی از این عیوب، برش جریان است که در منابع مختلف در مورد پارامترهای مؤثر بر این عیب و راه‌های رفع آن کمتر صحبت شده است. لذا در این تحقیق سعی شده پارامترهای مؤثر بر آن شناسایی‌شده و با بهینه‌سازی پارامترهای مؤثر پیشنهاد‌هایی جهت کاهش آن ارائه شود. بدین منظور هشت پارامتر با احتمال تأثیر در بروز این عیب که عبارت‌اند از دمای مواد، سرعت تزریق، دمای قالب، فشار نگهداری، قطر راهگاه، قطر گیت، زاویه گیت و زاویه‏‌ی ورود به قالب جهت بررسی در نظر گرفته‌شده‌اند. برای بررسی تأثیر یا عدم تأثیر و همچنین میزان و نحوه‏ی اثر این پارامترها بر عیب برش جریان، یک طراحی آزمایش عاملی کسری 1/8 با هشت فاکتور و دو سطح به‌وسیله‌ی نرم‌افزار مینی‏‌تب انجام شد. سپس با انجام تحلیل‌های المان‌محدود در نرم‌افزار مولدفلو و صحت سنجی تحلیل‌ها به‌وسیله‌ی آزمون تجربی، مساحت عیب در هر تحلیل به‌وسیله‌ی روش‌‏های هندسی محاسبه شد. پس از تحلیل واریانس داده‌‏ها، مشخص شد که پارامترهای قطر راهگاه، فشار نگهداری، سرعت تزریق و دمای مواد به ترتیب بیشترین تأثیر را در این عیب دارند. پس‌ازاین، برای چهار فاکتور ذکرشده، یک طراحی آزمایش از نوع طراحی مکعب مرکب انجام شد و پس از انجام تحلیل المان‌محدود و تحلیل واریانس روی داده‌‏ها، مشخص شد که با افزایش پارامترهای دمای مواد و فشار نگهداری و کاهش قطر راهگاه‌‏ها و سرعت تزریق تا حد بهینه‏‌ی ارائه‌شده، می‌توان مساحت عیب برش جریان را به میزان %82/2 کاهش داد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4388_473803f0f2ebd77d83ee60daaa61f381.pdf