دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 2 2022 04 21 Lane Change Path Planning in Emergency Situation Based on Skilled Driver's Performance طراحی مسیر مانور تعویض خط در وضعیت اضطراری، مبتنی بر عملکرد راننده‌ ماهر 269 288 4601 10.22060/mej.2021.20198.7191 FA سمیر نیسی مینایی دانشکده مهندسی مکانیک، آزمایشگاه سیستم های پیشرفته کنترلی خودرو، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران. علی غفاری دانشکده مهندسی مکانیک، آزمایشگاه سیستم های پیشرفته کنترلی خودرو، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران. Journal Article 2021 06 23 Lane Change at high speeds is a strategic maneuver to avoid the collision. In this situation, The time of an accident possibility is mainly less than two seconds. therefore, finding the proper trajectory and control of the vehicle is crucial at the lowest cost. In this paper, based on a skilled driver’s performance in a similar situation, a proper path and corresponding appropriate control system was designed aiming at vehicle stability preserving and collision avoidance. To this purpose, possible paths were simulated and identified using the vehicle's seven degrees of freedom model and applying the driver’s behavior. A neural network system was trained; then, the trajectory was chosen. A hybrid controller was hired for the vehicle navigation, consisting of the driver's performance pattern with a covering neural network and two proportional derivative controllers. The Novelties of this method are the simultaneous design of a stable path while maintaining geometric constraints and the low computational burden of the path planning and control system. The results show that the highest neural network error is about 11%. Also, the control system has been able to steer the vehicle and follow the trajectory with 40cm maximum lateral displacement error in the speed and road friction different conditions. تعویض خط در سرعت‏های بالا، یک مانور راهبردی جهت اجتناب از برخورد است. در این شرایط زمان امکان بروز حادثه عمدتاً کمتر از s2 است؛ لذا یافتن مسیر مناسب و کنترل خودرو با کمترین هزینه زمانی از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله، براساس عملکرد راننده‌ ماهر در شرایط مشابه، مسیر مناسب و سیستم کنترلی متناسب با آن، با هدف پایداری خودرو و اجتناب از برخورد طراحی شده است. برای این منظور، با شبیه‏سازی عملکرد راننده ماهر بوسیله مدل دینامیکی 7 درجه آزادی خودرو، مسیرهای احتمالی شناسایی و با‌ آموزش یک شبکه عصبی، مسیر نهایی انتخاب شده است. جهت هدایت خودرو از یک کنترل‌کننده‌ ترکیبی، شامل: معادلات رفتاری راننده با یک سیستم شبکه‌ عصبی پوششی و دو کنترل‌کننده‌ تناسبی-مشتقی استفاده شده است. مهم‌ترین نوآوری‌های این روش، طراحی هم‌زمان مسیرهای پایدار با حفظ قید هندسی عدم برخورد و هزینه محاسباتی و زمانی ناچیز سیستم کنترلی و طراحی مسیر برای شرایط اضطراری است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌ها نشان می‏دهد بیشترین خطای شبکه عصبی طراحی مسیر حدود 11 درصد است. همچنین سیستم کنترلی توانسته در شرایط مختلف سرعتی و اصطکاک جاده‏ای، با حداکثر خطای جابه‏جایی عرضی cm40 خودرو را هدایت و مسیر را دنبال کند.

https://mej.aut.ac.ir/article_4601_6d0c932802f6953f70eb20931645fa40.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 2 2022 04 21 Gust Load Alleviation of Flexible Aircraft کنترل و کاهش بارهای ناشی از تندباد در هواپیمای انعطاف‌پذیر 289 308 4663 10.22060/mej.2022.19869.7136 FA جواد مسرور مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران. سید حسین ساداتی مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران. مرتضی شهروی مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران. Journal Article 2021 04 17 Concerns about aircraft gust disturbance have increased not only because of the design cases that are not primarily structural but also because of gust influence on aircraft handling qualities and flight controllability. Load alleviation system duty is reducing loads caused by a gust on aircraft. Using active control when crossing gust causes alleviation of loads on aircraft and improves ride quality. In this paper gust response of a flexible aircraft has been simulated by using the Lagrange equation and quasi-steady aerodynamics. Wing has been considered as flexible and other parts have been considered rigid. Two degrees of freedom in pitch and plunge of rigid mode have been considered and the elastic wing has been modeled as a beam with torsion and bending. Gust responses with different profiles have been analyzed. Then by using elevators and aileron gust loads have been reduced. Feedback control has been used to decrease the pitch and heave acceleration of the aircraft. Closed and open-loop response to gust has been compared and it has been shown that pitch oscillations have been damped very well by elevator. Then by using elevators and flaperon gust loads have been reduced by using neural networks adaptive controller and classic controller. Comparison has been made between closed-loop and open loop response to gust. وظیفه سیستم‌های کاهش بارهای تندباد کم کردن بارهای وارد بر بدنه پرنده در حال عبور از اغتشاشات جوی می‌باشد. استفاده از کنترل فعال در حالی که هواپیما از این اغتشاشات عبور می‌کند باعث کاهش بارهای وارد بر سازه، کاهش شتاب در نقاط خاص هواپیما شده و کیفیت پروازی آن را بهبود می‌بخشد. در این مقاله پاسخ یک هواپیمای انعطاف‌پذیر به تندباد با در نظر گرفتن یک مدل همگیر توسعه یافته به کمک روش لاگرانژ و آیرودینامیک شبه‌پایا مورد بررسی قرار گرفته است. بال بصورت انعطاف پذیر و بقیه هواپیما صلب در نظر گرفته می‌شود. مدل توسعه یافته به عنوان یک مدل پایه شامل دو مود جسم صلب و بال انعطاف پذیر مدل شده بصورت تیر با مودهای خمشی و پیچشی در نظر گرفته شده و پاسخ به الگوهای مختلف تندباد گسسته مورد بررسی قرار گرفته است. برای کاهش بارهای ناشی از تندباد از الویتور و فلپرون استفاده شده است و با استفاده از کنترل تطبیقی‌عصبی بر اساس وارون‌دینامیک سعی در کنترل نوسانات پیچ و شتاب وارده بر هواپیما شده است. پاسخ هواپیما به تندباد در حالت حلقه باز و حلقه بسته مقایسه شده است.

https://mej.aut.ac.ir/article_4663_c82a7178ece03ba6ee8051cc36691bdc.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 2 2022 04 21 Behavior-Based Control of Mecanum Four-Wheeled Omnidirectional Robot کنترل رفتار مبنای ربات همه جهته چهار چرخ مکانوم 309 332 4674 10.22060/mej.2022.19814.7123 FA علی قاسمی زاده دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران. مجید ساده دل دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران. 0000-0002-0285-8460 Journal Article 2021 04 04 In this paper, a four-wheeled omnidirectional robot of the mecanum type is investigated. In this study, the kinematics and dynamics of the robot have been analyzed, emphasizing the influence of parameters and models on equations. The robot-based behavior control is carried out by applying kinematic equations. This method of control will enable the robot to reach its desired position despite obstacles. This method of control will enable the robot to reach its desired position despite obstacles. The work done in the robot control method is the main contribution of this study. This control method uses a behavior-based algorithm to guide a robot toward a target point by bypassing obstacles and selecting appropriate behaviors. We are interested in investigating the rotational motion of this robot, independent of its linear motion since it has three degrees of freedom on the plane. Therefore, during the movement of the robot and reaching the goal, the robot should always be oriented towards a moving point separate from the target point. The results show that this method gives a good estimate of the robot speed and the speed of the robot wheels and their torque. در این مقاله یک ربات همه جهته چهارچرخ از نوع مکانوم، مورد بررسی قرار گرفته شده است. سینماتیک و دینامیک ربات مورد بررسی قرار داده شده است، که تأثیر پارامترهای ربات و مدلسازی آن در روابط مشهود شود. با استفاده از روابط موجود در سینماتیک، کنترل رفتار مبنای ربات انجام شده است. هدف این است که ربات به موقعیت مطلوبی با حضور موانع با این روش کنترل برسد. در بخش سینماتیک روابط بین سرعت چرخ‌های ربات و سرعت خود ربات بررسی شده است. و در بخش دینامیک روابط موجود بین نیروها و شتاب هر چرخ مورد بررسی قرار گرفته است تا گشتاور لازم برای هر چرخ محاسبه شود. نو آوری کار انجام شده در روش کنترل ربات است. با استفاده از روش الگوریتم کنترل رفتار مبنا ربات بایستی با عبور از موانع و تغییر وضعیت بین هر رفتار به نقطه هدف برسد. از آن‌جایی که این نوع ربات دارای حرکت سه درجه آزادی در صفحه است، می‌خواهیم حرکت دورانی ربات را مستقل از حرکت خطی آن بررسی کنیم. بنابراین در طی حرکت ربات و رسیدن به هدف، جهت گیری ربات بایستی همواره به سمت نقطه متحرکی جدای از نقطه هدف باشد. در نهایت به مدلسازی موتور جریان مستقیم در ربات پرداخته شده تا سرعت واقعی چرخ‌ها و گشتاور آن‌ها به دست آید.

https://mej.aut.ac.ir/article_4674_1f5795e7b93f423c397e6f7aaff80133.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 2 2022 04 21 Online Estimation of Tire Normal Force with Applying Hardware-Software Couple Model تخمین لحظه‌ای نیروی عمودی تایرها با استفاده از مدل تلفیقی سخت‌افزاری- نرم‌افزاری 333 356 4568 10.22060/mej.2021.20055.7157 FA علی حسینی سالاری دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان،کرمان، ایران. حسین میرزایی نژاد دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان،کرمان، ایران. مجید فولادی ماهانی دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان،کرمان، ایران. Journal Article 2021 05 16 Tire online normal force has effects on vehicle safety and performance and dynamic control systems. It is influenced by too many parameters such as vehicle mass and center of gravity position and vehicle instantaneous dynamics states. In this paper, a new estimation algorithm is developed to estimate tires’ online normal forces during a maneuver. The proposed algorithm uses a dynamic measure module to make a hardware-software coupled model which is validated by real test data. The algorithm uses artificial neural networks advantages to estimate the vehicle mass distributions. A combination of real and model-generated data is used to train, test, and validate the artificial neural network structure. By applying two roll and pitch artificial neural network blocks, it estimates tires’ static normal forces. In this respect, the validated vehicle model instantaneously monitors the estimated values. The results show that the proposed algorithm estimates the vehicle total mass with less than 5 percent. In addition, the coupled model uses the estimated static values to estimate the tire's online normal forces with considering the measured vehicle dynamics states by dynamic module. Comparing the obtained results from the proposed method with the outputs from Carsim indicates the acceptable accuracy of this method. بار عمودی روی تایر از عوامل تأثیرگذار بر عملکرد خودرو است. پارامترهای زیادی بر بار عمودی تایر تأثیر می‌گذارند، ازجمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به جرم خودرو، موقعیت مرکز جرم خودرو همچنین دینامیک و حالت‌های خودرو حین مانور اشاره کرد. در این مقاله الگوریتم جدیدی جهت تخمین در لحظه مقدار نیروی عمودی لحظه‌ای تایر توسعه داده‌شده است. در گام اول، داده‌های ماژول اندازه‌ده دینامیکی و شبکه عصبی مصنوعی به کار گرفته‌شده است. به منظور ایجاد داده مصنوعی و همچنین استفاده در گام‌های بعدی تخمین مدل تلفیقی نرم‌افزاری-سخت افزاری توسعه داده شد. در این مدل یک سخت‌افزار اندازه‌ده جایگزین مدل‌سازی تایر و جاده شده‌است. الگوریتم شامل بلوک مربوط به دینامیک رول و پیچ خودرو است که با ساختار چندلایه شبکه‌های عصبی مصنوعی آموزش داده‌ شده‌اند. خروجی بلوک‌های شبکه عصبی، توزیع بار استاتیک روی هر تایر خودرو است که توسط مدل توسعه داده شده، در هر لحظه پایش می‌شود. در گام دوم الگوریتم، به‌منظور تخمین مقدار انتقال بار حین مانور در خودرو، مدل تلفیقی سخت‌افزاری-نرم‌افزاری به‌کار‌گرفته شده‌است تا مقدار لحظه‌ای بار عمودی روی هر تایرها محاسبه گردد. مقایسه نتایج بدست آمده از الگوریتم پیشنهادی و مقدار خروجی مدل مرجع اعتباردهی‌ شده در نرم‌افزار کارسیم، نشان‌دهنده دقت قابل‌قبول و عملکرد مناسب این روش است.

https://mej.aut.ac.ir/article_4568_bcfa8a783aaf938cdef361634d5f9289.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 2 2022 04 21 Investigating Bi-Stability of Pressurized Piezoelectric Micro-Plates Based on the Modified Couple Stress Theory بررسی دوپایداری میکروصفحات پیزوالکتریک تحت فشار بر مبنای تئوری تنش‌کوپل بهبودیافته 357 376 4672 10.22060/mej.2022.20267.7203 FA مریم محمدجانی گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران. امیررضا عسکری گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران. 0000-0002-8090-7926 Journal Article 2021 07 16 Recently, it has been substantiated that besides initially curved micro-structures, pressurized flat micro-plates can also experience snap-through instability. Given the potential applications of these micro-plates in designing high-sensitive sensors, the present work aims to investigate the bi-stable behavior of such structures when they are integrated with a piezoelectric layer. To this end, the modified couple stress theory together with the geometric nonlinear Kirchhoff plate model are employed. Hiring Galerkin’s method, the reduced governing equilibrium, and stability equations are then achieved. The limit points associated with the micro-plate equilibrium path are then determined through the simultaneous solution of these equations. The present findings are compared and validated by available results in the literature. The influence of the piezoelectric actuation on the bi-stable response of the system is then investigated. The results reveal that the shape of the micro-plate equilibrium path and the number and the position of its limit points can seriously be affected by applying the piezoelectric voltage. Despite the previous studies, the present paper shows that applying positive piezoelectric voltage does not decrease the pull-in threshold of the system all the time and can sometimes increase it when the micro-plate undergoes large differential pressures. Furthermore, the results reveal that applying positive piezoelectric voltages expands the snapping zone while negative ones downsize this region. The present results can be very useful for micro-electromechanical system engineers. اخیراً ثابت شده ‌است علاوه بر ریزسازه‌‌های دارای خمیدگی اولیه، میکرو ورق‌های مسطح تحت فشار نیز می‌توانند ناپایداری واجهش را تجربه کنند. با توجه به کاربرد‌های بالقوه‌ی این میکروصفحات در طراحی سنسور‌های فوق حساس، هدف این مقاله بررسی رفتار دوپایدار چنین سازه‌هایی هنگام ترکیب آن‌ها با یک لایه‌ی پیزوالکتریک است. بدین منظور از تئوری تنش‌کوپل بهبود‌یافته به همراه مدل صفحه‌ی غیرخطی کیرشهف استفاده می‌شود. با استفاده از روش گالرکین، معادلات کاهیده شده تعادل و پایداری حاصل می‌گردند. سپس با حل همزمان این معادلات، نقاط بحرانی مسیر تعادل میکرو ورق تعیین می‌گردند. یافته‌‌های حاضر با نتایج موجود در منابع مقایسه و تأیید می‌شوند. در ادامه تأثیر تحریک پیزوالکتریک بر پاسخ دوپایدار سیستم بررسی می‌گردد. نتایج نشان می‌دهند شکل مسیر تعادل و همچنین تعداد و موقعیت نقاط بحرانی آن با اعمال ولتاژ پیزوالکتریک شدیداً تحت تأثیر قرار می‌گیرند. مقاله حاضر برخلاف مطالعات پیشین نشان می‌دهد، اعمال ولتاژ پیزوالکتریک مثبت همواره باعث کاهش آستانه‌ی ناپایداری کشیدگی سیستم نمی‌شود و گاهی اوقات تحت تحریک مقادیر بزرگ فشار دیفرانسیلی، می‌تواند باعث افزایش آن گردد. همچنین نتایج حاکی از آنند که با اعمال ولتاژ پیزوالکتریک مثبت، ناحیه‌ی واجهش منبسط و با اعمال مقادیر منفی، این ناحیه منقبض می‌گردد. نتایج حاضر می‌تواند برای مهندسان صنعت سیستم‌های میکروالکترومکانیکی بسیار مفید باشد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4672_85203ae86f2de2662ca5b6d614fbe495.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 2 2022 04 21 Use of Artificial Intelligence to Identify Adhesive Joints Defects by Using Ultrasonic شناسایی عیب در اتصالات چسبی با استفاده از روش انتشار امواج فراصوت مبتنی بر هوش مصنوعی 377 390 4592 10.22060/mej.2021.20233.7198 FA مهشاد رستگارمقدم دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران. مجید رجبی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران. 0000-0001-9511-4382 سید داود نیکخوی تنها دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران. Journal Article 2021 07 03 Defects in adhesive joints are an important issue in the construction of space structures. In this paper, using lamp waves, suitable properties have been obtained to identify the size and position of the defects of the adhesive joints. Using finite element simulations, the effect of the defect on the propagation of the lamp waves has been investigated. Simulations have been performed for three different adhesive thicknesses, three different sizes of circular defects in 9 different positions, and the effect of each of them on the wave passing through the joint has been investigated. The signals obtained from the faulty connections were compared with the signal obtained from the healthy connection and the desired area was isolated from the total received signal for further analysis. The proper and correct separation of defects requires finding suitable characteristics for it. Therefore, 34 features were examined to differentiate and separate defects. Then, the neural network was used to provide the basis for creating appropriate patterns for the separation of defects. The percentage of correct detection of neural network for adhesive thickness separation was 93.8%, for defect area separation in terms of size 100% and for defect position separation in X and Y axes were 96.1 and 95.1%, respectively. The obtained results show the efficiency of the improved distance evolution method and the features selected to distinguish the defects of such connections. وجود عیب در اتصالات چسبی یک مسئله مهم در ساخت سازه‌های فضایی می‌باشد. در این مقاله با استفاده از امواج لمب، ویژگی‌های مناسب جهت شناسایی اندازه و موقعیت عیوب اتصالات چسبی به‌دست‌آمده‌ است. با استفاده از شبیه‌سازی المان محدود به بررسی اثر عیب بر انتشار امواج لمب پرداخته شده است. شبیه‌سازی برای سه ضخامت متفاوت چسب، سه سایز متفاوت عیب دایره‌ای در ۹ موقعیت مختلف صورت‌گرفته است و تأثیر هر یک از آنها بر موج عبوری از اتصال بررسی شده است. سیگنال‌های به‌دست‌آمده از اتصالات معیوب با سیگنال حاصل از اتصال سالم مقایسه گردیده و ناحیه موردنظر جهت تحلیل‌های بعدی از کل سیگنال دریافتی جدا شد. تفکیک مناسب و صحیح عیوب نیازمند یافتن مشخصه‌هایی مناسب برای آن است به همین جهت 34 ویژگی جهت ایجاد تمایز و تفکیک عیوب بررسی گردید. در ادامه با فراهم آمدن پایه‌های ایجاد الگوهایی مناسب برای تفکیک عیوب، از شبکه عصبی استفاده شد. درصد تشخیص صحیح شبکه عصبی برای تفکیک ضخامت چسب 93/8 درصد، برای تفکیک مساحت عیوب از منظر اندازه ۱۰۰ درصد و برای تفکیک موقعیت عیب در دو محور افقی و عمودی به ترتیب 96/1 و 95/1 درصد به دست آمد. نتایج به‌دست‌آمده نشان‌دهنده کارایی روش تکامل فاصله بهبودیافته و ویژگی‌های انتخاب شده جهت تفکیک عیوب این‌گونه از اتصالات است.

https://mej.aut.ac.ir/article_4592_501627aa14e37bd1d4143159e0e9620f.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 2 2022 04 21 Free Vibrations of Embedded Functionally Graded Graphene Platelets Reinforced Porous Nanocomposite Plates with Various Shapes Using P-Ritz Method ارتعاشات آزاد ورق‌های نانوکامپوزیتی متخلخل مدرج تابعی تقویت شده با نانوتراشه‌های گرافنی با اشکال هندسی مختلف روی بستر الاستیک با روش تحلیلی پی‌ریتز 391 414 4694 10.22060/mej.2022.20132.7174 FA محمد ضیافت دوست عابد دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران راهب غلامی وسمه جانی گروه مهندسی مکانیک، واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران. 0000-0002-6587-4492 رضا انصاری خلخالی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران Journal Article 2021 06 05 In this study, the free vibrations of functionally graded graphene platelet-reinforced porous nanocomposite plates with various shapes such as rectangular, elliptical, and triangular ones embedded on an elastic foundation are analyzed. To mathematically model the considered plate and elastic foundation, the first-order shear deformation plate theory, and Pasternak model are used, respectively. Three types of graphene nanoplatelet distribution patterns and porous dispersion types through the thickness are considered for the nanocomposite plate. To obtain the effective material properties of the considered nanocomposite, a micromechanical model is employed. Then, the energy functional of considered functionally graded graphene platelet-reinforced porous nanocomposite plates are expressed, and the analytical P-Ritz method is used to solve the vibration problem corresponding to different shapes and boundary conditions, the influences of porosity coefficient, the weight fraction of graphene nanoplatelets, elastic foundation coefficients and also the lengths-to-width and -thickness ratios on the natural frequency are analyzed. It is illustrated that the plate with non-uniform and symmetric of first type porosity distribution pattern and the first type graphene nanoplatelets has a higher natural frequency. Also, by increasing the porosity coefficient, the natural frequency of the plate associated with all patterns of graphene nanoplatelets is reduced. در این مطالعه، ارتعاشات آزاد ورق‌های نانوکامپوزیتی متخلخل مدرج تابعی تقویت شده با نانوتراشه‌های گرافنی در اشکال هندسی مستطیلی، مثلثی و بیضوی بر روی بستر الاستیک در شرایط مرزی مختلف مورد تحلیل و بررسی قرار می‌گیرد. از تئوری ورق مرتبه اول برشی برای مدلسازی ورق و از مدل پاسترناک برای مدلسازی بستر الاستیک استفاده می‌شود. سه نوع توزیع نانو‌تراشه گرافنی و سه نوع توزیع تخلخل در راستای ضخامت برای ورق نانوکامپوزیتی در نظر گرفته می‌شود. خواص مؤثر مادی نانوکامپوزیت با استفاده از یک مدل میکرومکانیکی بدست می‌آید. با نوشتن فانکشنال انرژی سیستم و بکارگیری روش تحلیلی پی‌ریتز، نتایج عددی برای بررسی اثرات ضریب تخلخل، درصد وزنی نانوتراشه‌های گرافنی، پارامترهای بستر الاستیک و همچنین نسبت طول به عرض و ضخامت ورق بر فرکانس طبیعی ارائه می‌شود. نشان داده می‌شود که ورق با الگوی توزیع تخلخل غیریکنواخت و متقارن نوع اول و چیدمان نوع اول نانوتراشه‌های گرافنی دارای بیشترین فرکانس طبیعی است. همچنین، با افزایش ضریب تخلخل، فرکانس طبیعی ورق برای تمامی الگو‌های توزیع نانوتراشه‌های گرافنی کاهش می‌یابد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4694_c80bcf42c220b8f5c41f85344242f1b0.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 2 2022 04 21 Investigation of Interlaminar Mode-I Fracture Toughness of Corrugated Composite Plates بررسی چقرمگی شکست مود یک بین لایه‌ای در ورق‌های کامپوزیتی موج‌دار 415 432 4679 10.22060/mej.2022.20071.7163 FA سید امیر صفی پور دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران. محمود حشمتی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران. Journal Article 2021 05 24 In this study, delamination of the corrugated composite plates made of unidirectional glass fibers and polyester resin has been investigated. The samples are fabricated by hand lay-up process based on the ASTM-D5528 standard. Using experimental tests, the strain energy release rate in mode I has been calculated for composite corrugated specimens by the prevalent method of interlaminar failure. Also, the samples were simulated as a double cantilever beam by Abaqus software, and the mechanical properties of unidirectional glass/polyester composite and the results of the numerical solution are also obtained. Fracture surfaces of experimental samples were analyzed by scanning electron microscope. Force-displacement curves obtained from experimental and numerical methods have been compared to find the material behavior and calculate the strain energy release rate for different samples with three pre-crack lengths. The results show that the corrugated composite plates have a higher interlaminar fracture toughness rather than flat samples and the four-wave sample with a crack length of 60 and 65 mm has the highest values of the strain energy rate released, equal to 963.77 J/m2 and 705.95 J/m2, respectively. در این پژوهش جدایش بین لایه‌ای ورق‌های کامپوزیتی موجدار ساخته شده از الیاف شیشه تک جهته و رزین پلی‌استر مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه‌ها با فرآیند لایه چینی دستی و مطابق با استاندارد ساخته شده و با استفاده از تست‌های آزمایشگاهی، نرخ انرژی کرنشی آزاد شده در مود یک با روش‌های رایج در زمینه شکست بین لایه‌ای، برای نمونه‌های موج دار کامپوزیتی محاسبه شده است. همچنین به کمک نرم افزار آباکوس و با خواص مکانیکی الیاف تک جهته شیشه/پلی استر، شبیه سازی نمونه‌ها بعنوان تیر یکسرگیردار دولبه انجام شده و نتایج حل عددی نیز بدست آمده است. سطوح شکست نمونه‌های آزمایشگاهی با میکروسکوپ الکترونی روبشی تحلیل و بررسی شده‌ است و نمودارهای نیرو‌جابه‌جایی حاصل از تست‌های آزمایشگاهی و شبیه سازی‌های عددی جهت بررسی رفتار ماده و محاسبه نرخ انرژی کرنشی آزاد شده برای نمونه‌های مختلف با سه طول پیش ترک ایجاد شده مورد مقایسه قرارگرفته است. نتایج نشان می‌دهد که ورق‌های موجدار در مقایسه با ورق‌های تخت، از مقاومت به رشد ترک بالاتر، نرخ انرژی کرنشی آزاد شده و چقرمگی شکست بین لایه‌ای بیشتری برخوردارند و نمونه چهار موج در طول ترک 60 و 65 میلیمتر دارای بالاترین مقدار نرخ انرژی کرنشی آزاد شده به ترتیب برابر 963/77 و705/95 ژول بر متر مربع می‌باشد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4679_97788494d0cb9c4ad37af9a76290b361.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 2 2022 04 21 Propagation of Thermomechanical Waves in Annular Disks Made of Functionally Graded Materials under Thermal Shock انتشار امواج ترمومکانیکی در دیسک‌های حلقوی ساخته شده از مواد مدرج تابعی تحت شوک حرارتی 433 450 4676 10.22060/mej.2022.20085.7162 FA مهران روغنی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران حسام روحی دانشکده فنی و مهندسی شرق گیلان، دانشگاه گیلان، رودسر-واجارگاه، ایران 0000-0001-5609-9351 Journal Article 2021 05 23 In this paper, using the coupled Lord-Shulman generalized thermoelasticity theory and considering the nonlinear thermal effects, the thermoelastic behavior of annular disks made of functionally graded materials under internal thermal shock is investigated. To this end, the governing equations of the problem are first derived within the framework of the polar coordinates system. It should be noted that the energy equation is kept in its original nonlinear form in this derivation process. The solution procedure is then presented based on the generalized differential quadrature method. In the numerical results, the effects of important parameters such as functionally graded index and magnitude of applied thermal shock on the propagation of thermomechanical waves in the disks are studied. The results show that with increasing the functionally graded index, displacement and stress decrease as time evolves. Also, with presenting results for various magnitudes of thermal shock it is shown that conducting a nonlinear thermal analysis is necessary when the thermal shock magnitude is considerable. In addition, it is revealed that the fluctuations in the temperature are reduced as the relaxation time decreases. Moreover, increasing this parameter leads to temperature variations, whereas the frequency of the system decreases. در این مقاله، به کمک تئوری کوپل ترموالاستیسیته تعمیم‌یافته لُرد-شولمن و با در نظر گرفتن اثرات غیرخطی حرارتی، رفتار ترموالاستیک دیسک‌های حلقوی ساخته شده از مواد مدرج تابعی تحت شوک حرارتی داخلی مورد بررسی قرار می‌گیرد. بدین منظور، ابتدا معادلات حاکم بر مسأله در چارچوب دستگاه مختصات قطبی استخراج می‌شوند. لازم به ذکر است که برای استخراج معادلات حاکم، معادله انرژی در فرم اصلی غیرخطی خود در نظر گرفته خواهد شد. سپس، فرایند حل عددی مسأله به کمک روش تربیع دیفرانسیلی تعمیم یافته ارائه خواهد شد. در بخش نتایج، اثرات پارامترهای مهمی نظیر اندیس ماده مدرج تابعی و بزرگی شوک حرارتی اعمالی بر انتشار موج ترمومکانیکی در دیسک مورد مطالعه قرار می‌گیرند. نتایج نشان می‌دهند که با افزایش اندیس ماده مدرج تابعی، بزرگی جابجایی و تنش‌ها در گذر زمان کاهش می‌یابند. همچنین، با ارائه نتایج برای مقادیر مختلف بزرگی شوک حرارتی معلوم گردید در مقادیر بالای شوک حرارتی انجام یک تحلیل غیرخطی حرارتی ضروری است. علاوه بر این آشکار شد که با کاهش زمان آسایش، نوسانات دما کاهش می‌یابد و با افزایش این پارامتر، دامنه تغییرات دما افزایش می‌یابد، در حالی‌که فرکانس نوسانات کاهش می‌یابد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4676_ea6979872125d5acbac6068f186a0359.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 2 2022 04 21 Investigation of Mechanical Behavior of Boron Nitride Nanotubes -Reinforced Magnesium Nanocomposite Using Molecular Dynamics Simulations بررسی رفتار مکانیکی نانوکامپوزیت منیزیمی تقویت شده به‌وسیله‌ی نانو‌لوله بور نیترید به‌روش دینامیک مولکولی 451 464 4677 10.22060/mej.2022.19779.7108 FA مجتبی ذوالفقاری دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران یگانه جعفرکلهری دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران حامد حیدری دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران وحید طهماسبی دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران مهدی صفری دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران Journal Article 2021 03 22 Magnesium-based nanocomposites are widely used in the aerospace, automotive, and medical industries. Due to the special properties of boron nitride nanotubes, these nanotubes play an important role in strengthening nanocomposites. In this research, magnesium nanocomposites are reinforced by boron nitride nanotubes and the mechanical properties of these nanocomposites under uniaxial tensile loading in the axial direction of the nanotubes have been investigated by the molecular dynamics method by Lammps software. Also, the coefficients of the atomic potential function of magnesium atoms have been calculated using the law of composition and the data extracted by Gaussian software. The results of molecular dynamics simulations show the improvement of mechanical properties of magnesium-based metal nanocomposites due to the addition of boron nitride nanotubes. The presence of boron nitride (0,12), (0,14), (0,16) and (0,18) nanotube reinforcers as magnesium field reinforcers increased the elastic modulus by 13, 14.9, 16.2 and 17 percent. Other results of this study indicate that the elastic behavior of nanocomposites is independent of strain rate changes. Also, by performing this simulation over a wide range of temperatures, obvious changes in the mechanical properties of the nanocomposite at different temperatures have been obtained. نانوکامپوزیت‌‌های پایه منیزیم به طور گسترده در صنایع هوافضا، خودروسازی و پزشکی استفاده می‌شوند. با توجه به خواص ویژه نانولوله بور نیترید، این نانولوله نقش مهمی در تقویت نانو کامپوزیت‌‌ها ایفا می‌‌نماید. در این پژوهش نانوکامپوزیت منیزیم به‌‌وسیله‌‌ی نانولوله‌ی بور نیترید تقویت شده و خواص مکانیکی این نانوکامپوزیت‌‌ها تحت بارگذاری کششی تک محوره، در راستای محوری نانو‌لوله، با روش دینامیک مولکولی توسط نرم‌‌افزار لمپس بررسی شده است. همچنین ضرایب تابع پتانسیل بین‌‌اتمی اتم‌‌های منیزیم، با استفاده از قانون ترکیب و داده‌‌های استخراج شده توسط نرم‌‌افزار گوسین، محاسبه شده است. نتایج شبیه‌‌سازی‌های دینامیک مولکولی حاکی از بهبود خواص مکانیکی نانوکامپوزیت فلزی پایه منیزیم به‌‌دلیل اضافه نمودن نانولوله‌‌های بور نیترید می‌باشد. وجود استحکام‌‌دهنده نانولوله‌ی بور نیترید (0،12) ,(0،14) ,(0،16) و (0،18) به‌‌عنوان تقویت‌‌کننده‌ی زمینه‌ی منیزیم، سبب افزایش مدول الاستیک نانوکامپوزیت‌‌ها به‌‌ترتیب به میزان 13، 14/9، 16/2 و 17 درصد نسبت به منیزیم خالص شده است. نتایج دیگر این تحقیق حاکی از آن است که رفتار الاستیک نانوکامپوزیت مستقل از تغییرات نرخ کرنش است. هم‌‌چنین با انجام این شبیه‌‌سازی در محدوده وسیعی از دما، تغییرات آشکاری در خواص مکانیکی نانو کامپوزیت در دماهای مختلف بدست آمده است.

https://mej.aut.ac.ir/article_4677_82ba9d6eee3f026be339bb287651c3d8.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 2 2022 04 21 A New Machine Learning Method for Ball Bearing Condition Monitoring Based on Vibration Analysis پایش وضعیت یاتاقان‌های غلتشی به روش ارتعاشی با بهره‌گیری از مدل یادگیری ماشین 465 480 4514 10.22060/mej.2021.20023.7153 FA محمدرضا کاجی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران. جمشید پرویزیان دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران. محمد سیلانی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران. هانس ورنر ون د وین پژوهشکده سیستمهای مکاترونیک، دانشگاه علمی کاربردی زوریخ، زوریخ، سوئیس. Journal Article 2021 05 08 In recent years, with the advent of the Fourth Industrial Revolution concepts and the development of artificial intelligence technologies, new approaches such as the digital twin have been introduced. In a digital twin, a virtual counterpart of the physical system during its whole life is created, with abilities such as analyzing, evaluating, optimizing, and predicting. The first step in creating a digital twin model is to construct a (multi) digital health indicator that describes different aspects of the physical component state during the whole life of the component. In this research, a new method for constructing health indicators based on vibration measurement and a deep learning model has been introduced. For this purpose, the Continuous Wavelet Transform was used to convert the raw vibration signals into two-dimension images; Then, the deep learning model was used to extract features from the images and the health indicator is constructed based on the differences of the images in normal and failure stages. In this article, various Autoencoder architectures are discussed, and it is demonstrated that the Convolutional Autoencoder has better performance in terms of detecting incipient faults. The performance of the proposed model is evaluated by the vibration data of the bearing, and the constructed health indicator exhibited a monotonically increasing degradation trend and had good performance in terms of detecting incipient faults. در سال‌های اخیر با ظهور انقلاب صنعتی چهارم و توسعه فناوری‌های هوش مصنوعی، رویکردهای نوینی در زمینه نگه‌داری و تعمیر افزارگان معرفی‌شده‌اند؛ که از آن جمله می‌توان به همزاد دیجیتال اشاره نمود. اولین گام برای ایجاد همزاد دیجیتال یک افزار، ساخت شاخص‌های کمّی و کیفی است که برای توصیف لحظه‌ای افزار در طی مدت بهره‌برداری به کار می‌رود. در این پژوهش یک روش نوین برای ساخت شاخص سلامت افزارگان براساس اندازه‌گیری ارتعاشات و مدل‌های یادگیری عمیق معرفی‌شده است. برای این منظور داده‌های ارتعاشی خام تجهیز با استفاده از تبدیل موجک پیوسته به تصاویر دوبعدی تبدیل خواهند شد. سپس با استفاده از یک مدل یادگیری عمیق، میزان تفاوت تصاویر وضعیت سالم و معیوب افزار تشخیص داده‌شده و شاخص سلامت ایجاد می‌شود. مدل ارائه‌شده می‌تواند به‌صورت خودکار شاخص سلامت را ایجاد نماید و نیازمند دانش متخصص خبره برای تفسیر نتایج آنالیز ارتعاشی نیست. همچنین، آموزش مدل یادگیری عمیق به‌صورت بدون نظارت بوده و تنها با استفاده از داده‌های ارتعاشی وضعیت سالم تجهیز صورت می‌پذیرد و بنابراین نیازمند داده‌های خرابی پیشین نیست. عملکرد مدل پیشنهادشده توسط داده‌های ارتعاشی یاتاقان مورد ارزیابی قرارگرفته که نشان از توانایی قابل‌قبول شاخص سلامت در تشخیص آغاز خرابی و چگونگی روند رشد آن دارد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4514_e2f374c3418c50bc30d67d5f7454a5b4.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 2 2022 04 21 Optimization of Carbon Fiber Reinforced Composite Grinding Process by Response Surface Method بهینه‌سازی فرآیند سنگزنی کامپوزیت تک جهته تقویت‌شده با الیاف کربن به روش سطح پاسخ 481 490 4527 10.22060/mej.2021.20145.7186 FA سیدمحمود موسوی سازمان انرژی اتمی ایران، تهران، ایران 0000-0001-9509-2689 امجد سازگار پژوهشکده چرخه سوخت هسته ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، تهران، ایران 0000-0003-3868-2986 وحید فلاح پور سازمان انرژی اتمی ایران، تهران، ایران Journal Article 2021 06 13 Today, the usage of composite materials in various industries such as aerospace, transportation, construction, etc. has increased. Therefore, an adequate understanding of the production processes and assembly of these materials is inevitable. Machining is one of the common processes in assembling composite parts. This process includes two categories of traditional and non-traditional machining processes and grinding is one of the traditional methods. Grinding is one of the applicable machining processes for the finishing of composite parts. Many parameters such as feed rate, depth of cut, tool geometry, fiber direction, and abrasive particles material and size are effective on the machined surface. In this study, the effect of grinding parameters including feed rate, depth of cut, abrasive particles size, and fiber orientation on the surface quality of Carbon Fiber Reinforced Polymer has been evaluated. The experiments were designed by Response Surface Method in Minitab software V.19. The results showed that abrasive particles' size and depth of cut are the most effective parameters on the machined surface roughness. The feed rate and fiber direction are of secondary importance, respectively. Also, the scanning electron microscopy images confirm these results. Finally, it was suggested to use 50µm of the depth of cut, 200mm/min of feed rate, perpendicular to fiber direction and course abrasive particle to achieve a roughness of less than 5µm. امروزه استفاده از مواد کامپوزیتی در صنایع مختلفی هم‌چون هوافضا، حمل و نقل، ساختمان و .... رو به افزایش است. بنابراین درک صحیح از فرایندهای تولید و مونتاژ قطعات تولید‌شده با این مواد امری اجتناب‌ناپذیر است. یکی از فرآیندهای مهم و پرکاربرد در مونتاژ قطعات کامپوزیتی، ماشینکاری است. این فرآیند شامل دو دسته فرآیندهای سنتی و نوین ماشینکاری بوده که سنگزنی از رایج‌ترین روش‌های سنتی می‌باشد. پارامترهای ماشینکاری مختلفی همچون سرعت چرخش سنگ، سرعت پیشروی، عمق برشی، مشخصات قطعه کار، اندازه و جنس ذرات ساینده و هندسه سنگ بر کیفیت ماشینکاری تاثیرگذار است. در این مطالعه تأثیر پارامترهای سنگزنی شامل نرخ پیشروی، عمق برشی، راستای الیاف و اندازه ذرات ساینده بر زبری سطح کامپوزیت تقویت‌شده با الیاف کربن مورد بررسی قرارگرفته است. قطعات از جنس الیاف کربن-اپوکسی بوده‌اند. آزمایشات با نرم افزار مینی‌تب نسخه 19 و به روش سطح پاسخ طرح‌ریزی شدند. نتایج نشان دادند که اندازه ذرات و عمق برش مؤثرترین پارامترها بر زبری سطح می‌باشند. پس‌ازآن نرخ پیشروی و راستای الیاف در مراتب بعدی اهمیت قرار دارند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز تأییدکننده نتایج می‌باشند. در پایان پیشنهاد شد برای روتراشی کامپوزیت از سنگ با دانه‌بندی زبر، عمق برش 50 میکرومتر، نرخ پیشروی 200 میلیمتر بر دقیقه و عمود بر الیاف استفاده شود تا به زبری کم‌تر از 0/5 میکرومتر دست یافت.

https://mej.aut.ac.ir/article_4527_01259a0cb2431834302abe2df60a1327.pdf