دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 4 2022 06 22 Point to Point Control of a Liquid Carrying Quadrotor کنترل نقطه به نقطه کوادروتور حامل مایع 727 746 4680 10.22060/mej.2022.20628.7281 FA علی سلطانی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران. 0000-0003-4279-0891 امیرحسین وحیدی بجستانی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران محمد گوهرخواه دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران Journal Article 2021 10 04 Liquid transport by unmanned aerial vehicles is a necessary task in autonomous firefighting and field spraying missions. On the other hand, transient and residual sloshing of the liquid during and after the movement can cause instability, increase position error and control effort, and create danger or damage if the liquid is flammable. Therefore, in this study, control of a liquid carrier quadrotor has been studied and a controller has been presented that, unlike previous studies, can provide stability in point-to-point transmission without the need to measure or estimate liquid states. For this purpose, a controller is first designed by linearizing the equations of motion of the system and assuming the liquid is rigid via pole placement. On the other hand, in order for the behavior of the system to be similar to the behavior of the design model and to maintain the stability of the system, the liquid sloshing must be reduced as much as possible. Therefore, a command smoother based on the natural frequencies of the liquid sloshing modes is used. The ability of the proposed control system has been investigated, validated, and compared with a similar study by simulation. Also, the simulation results show that the implementation of the designed command smoother can significantly reduce the amplitude of liquid sloshing, the deviation of the system states from the equilibrium state, and the control effort. حمل مایع توسط پهپاد امری ضروری در انجام خودکار ماموریت‌هایی نظیر اطفا حریق و سم پاشی مزارع است. از طرفی، تلاطم گذرا و باقی‌مانده‌ی مایع در حین جابه‌جایی و پس از آن، می‌تواند موجب ایجاد ناپایداری، افزایش خطای موقعیت، افزایش تلاش کنترلی و ایجاد خطر و آسیب در صورت اشتعال‌پذیری مایع، بشود. بنابراین، در این پژوهش کنترل کوادروتور حامل مایع مورد مطالعه قرار گرفته است و کنترل‌کننده‌ای ارائه شده است که بر خلاف مطالعات پیشین، بدون نیاز به اندازه‌گیری یا تخمین حالات مایع می‌تواند پایداری کوادروتور را در انتقال نقطه به نقطه فراهم نماید. بدین منظور، ابتدا یک کنترل‌کننده‌ با خطی‌سازی معادلات حرکت کوادروتور حامل مایع و فرض صلب بودن مایع از طریق جایگذاری مناسب قطب‌ها طراحی شده است. از طرفی، برای این که رفتار سیستم مشابه رفتار مدل طراحی باشد و پایداری سیستم حفظ شود، باید تلاطم مایع تا حد امکان کاهش یابد. برای این منظور، از یک هموارساز فرمان که بر اساس فرکانس‌های طبیعی مودهای تلاطم مایع طراحی شده است، بهره برده شده است. توانایی سیستم کنترلی ارائه شده توسط شبیه‌سازی بررسی، تأیید و با مرجعی مشابه مقایسه گردیده است. هم‌چنین، نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد استفاده از هموارساز فرمان طراحی شده می‌تواند دامنه‌ی تلاطم مایع، انحراف حالات سیستم نسبت به حالت تعادل و تلاش کنترلی‌ را به طور قابل توجهی کاهش دهد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4680_4f5c422f4d49a5a807eda27434231040.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 4 2022 06 22 Control of a Quadrotor Equipped with Robotic Arm Based on Disturbance Estimation کنترل یک کوادروتور مجهز به بازوی رباتیک بر اساس تخمین اغتشاش 747 768 4740 10.22060/mej.2022.20134.7175 FA حسین شمس اللهی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران. فاطمه رکابی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران. فرزاد آیت اله زاده شیرازی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران. محمد جعفر صدیق دانشکده مهندسی مکانیک، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران. Journal Article 2021 06 06 In recent years, unmanned vehicles especially unmanned aerial vehicles have become very popular in many countries in the military, industrial and scientific research fields because of their high speed and maneuverability. This research investigates a compound system consisting of a quadrotor and a series of a robotic manipulators. Joining these two systems aims at combining the agility and flexibility of multi-rotor unmanned aerial vehicles and the dexterity of robotic arms. This combination makes unmanned aerial vehicles able to perform more complicated tasks. In this thesis, the first kinematics and dynamics of a quadrotor are written using quaternion and Newton-Euler equations. Next, a 3-degree of freedom robotic arm that is connected to the bottom of a quadrotor is considered and its kinematics and dynamics are derived using Newton-Euler recursive algorithm. To control the quadrotor, two inner-outer loops are used for its orientation and position respectively. Toque due to arm operation or exerted force to its end effector is estimated using Kalman filter and is fed into quadrotor inner control loop. For trajectory tracking of an arm end effector, an inverse kinematic algorithm is used. The compound system including unmanned aerial vehicles and arm is simulated with different scenarios to verify its performance. در سال‌های اخیر، پهپادهای بدون سرنشین به علت سرعت و قابلیت مانور بیشتر نسبت به وسایل نقلیه زمینی در بسیاری از کشورها در زمینه‌های نظامی، صنعتی و تحقیقات علمی محبوبیت زیادی به دست آورده‌اند. پژوهش حاضر به سیستمی مرکب از یک کوادروتور (پهپاد چهارملخه) و یک بازوی رباتیک سری می‌‌‌پردازد. هدف از ابداع پهپاد‌های دارای بازوی رباتیک ترکیب چابکی و انعطاف‌پذیری پهپادهای چند ملخه و مهارت بازوهای رباتیک است. در این مقاله هدف ارائه‌ی یک الگوریتم تخمین-کنترل برای دستیابی به ردیابی مسیر برای کوادروتور و مجری نهایی است. به این منظور ابتدا سینماتیک و دینامیک کوادروتور با استفاده از کواترنیون و معادلات نیوتون-اویلر استخراج می‌‌‌شود. سپس یک بازوی رباتیک سه درجه آزادی که به زیر کوادروتور متصل می‌‌‌شود در نظر گرفته شده و معادلات آن با استفاده از الگوریتم بازگشتی نیوتون-اویلر نوشته می‌‌‌شود. به منظور کنترل کوادروتور از دو حلقه‌‌‌ی داخلی و خارجی، به ترتیب برای جهت گیری کوادروتور و موقعیت آن استفاده می‌‌‌شود. گشتاور وارد به کوادروتور ناشی از حرکت بازوی رباتیک یا اعمال نیرو به آن توسط یک فیلتر کالمن تخمین زده شده و به حلقه‌‌‌ی کنترل داخلی کوادروتور داده می‌‌‌شود. همچنین نیروی وارد به کوادروتور ناشی از عملکرد بازو نیز تخمین زده شده و توسط حلقه‌ی خارجی جبران می‌شود. برای ردیابی مسیر توسط مجری نهایی بازو از یک الگوریتم سینماتیک معکوس استفاده شده است. سیستم مرکب شامل کوادروتور و بازو به منظور اطمینان از صحت عملکرد با انجام ماموریت‌‌‌های مختلف شبیه‌‌‌سازی می‌‌‌شود. نتایج شبیه‌‌‌سازی با یک پژوهش قبلی مقایسه می‌‌‌شود که نشان‌‌‌دهنده‌‌‌ی بهبود عملکرد الگوریتم ارائه شده است.

https://mej.aut.ac.ir/article_4740_0f304eddb4ad6007a3093fd6d963a1d2.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 4 2022 06 22 Clutch Position Control for an Automated Manual Transmission Using Electromechanical Actuators کنترل موقعیت کلاچ در سیستم انتقال قدرت دستی خودکار شده با استفاده از عملگرهای الکترومکانیکی 769 790 4596 10.22060/mej.2021.20470.7238 FA عباس سلطانی مرکز آموزش عالی فنی و مهندسی بوئین زهرا، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران. 0000-0001-5764-7591 میلاد آریان فرد دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران. Journal Article 2021 08 27 In this paper, an adaptive sliding mode controller with variable gains to cope with uncertainties is proposed for an electromechanical clutch position control system to apply in the automated manual transmission. Transmission systems undergo changes in parameters with respect to the wide range of driving conditions, such as changes in friction coefficient of clutch disc and stiffness of diaphragm spring, hence, an adaptive robust control method is required to overcome the uncertainties and disturbances. As the majority of transmission dynamics variables cannot be measured in a cost-efficient way, a non-linear estimator based on an unscented Kalman filter is designed to estimate the state valuables of the system. Also, a non-linear dynamic model of the electromechanical actuator is presented for the automated clutch system. The model is validated with experimental test results. A numerical simulation of a reference input for clutch bearing displacement is performed to evaluate the performance of the designed controller and estimator. To evaluate the performance of the proposed control system the root mean square value of the position tracking error has been used. The results of the analysis indicate higher efficiency of the adaptive controller designed to improve the position tracking error compared to the conventional sliding mode controller. در این مقاله، یک کنترل‌کننده مود لغزشی تطبیقی با بهره‌های متغیر جهت مقابله بهتر با نامعینی‌ها برای سیستم کنترل موقعیت در یک کلاچ الکترومکانیکی جهت به‌کارگیری در انتقال قدرت دستی خودکارشده طراحی می‌شود. از آنجا که در وضعیت رانندگی‌های طولانی، سیستم‌های انتقال قدرت در معرض تغییر در پارامترها مانند تغییر در ضریب اصطکاک صفحه کلاچ و سفتی فنر دیافراگمی کلاچ قرار می‌گیرند، یک روش کنترلی مقاوم جهت غلبه بر نامعینی‌ها و اغتشاش‌ها لازم می‌باشد. از آنجایی که اکثر متغیرهای دینامیکی سیستم انتقال قدرت مانند سرعت و شتاب بلبرینگ رهاسازی کلاچ به‌صورت مقرون به‌صرفه قابل اندازه‌گیری نیستند، یک تخمین‌‌گر غیرخطی بر پایه فیلتر کالمن آنسنتد جهت تخمین متغیرهای حالت سیستم طراحی شده است. همچنین، یک مدل غیرخطی عملگر الکترومکانیکی برای سیستم کلاچ خودکار ارائه می‌شود. این مدل با نتایج حاصل از تست آزمایشگاهی صحه‌گذاری شده است. شبیه‌‌‌سازی‌های مختلف از چندین ورودی مرجعِ جابجایی بلبرینگ کلاچ، جهت ارزیابی عملکرد کنترل‌کننده و تخمین‌‌گر در نرم‌افزار متلب انجام می‌شود. جهت ارزیابی عملکرد سیستم کنترلی پیشنهادی، از کمیت جذر میانگین مربعات خطای ردیابی موقعیت، استفاده شده است. نتایج به دست آمده، نشانگر کارآیی بالاتر کنترل‌کننده تطبیقی طراحی‌شده در بهبود خطای ردیابی موقعیت در مقایسه با کنترل‌کننده مود لغزشی مرسوم می‌باشد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4596_ed46558a56a4a26b96a68738a0d28273.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 4 2022 06 22 Investigation of the Effect of Different Friction Models On Experimental Extraction of 3D Nanomanipulation Force and Critical Time of Colon Cancer Tissue بررسی تجربی تأثیر مدل‌های اصطکاکی مختلف بر استخراج نیرو و زمان بحرانی نانومنیپولیشن سه‌بعدی بافت سرطانی روده‌ی بزرگ 791 804 4653 10.22060/mej.2021.20300.7210 FA معین طاهری دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران. 0000-0001-6583-3925 Journal Article 2021 07 25 Nano-dimensional particle displacement, property improvement, and studies on cellular tissues are some of the applications of the nanomanipulation process using atomic force microscopy. In general, the manipulation process begins with the contact of the needle and the desired cell tissue and with the application of force on the beam. The increase in force will continue until the resistance forces such as friction are overcome. At this time, the critical force and time are recorded. In this article, colon cancer tissue has been studied. The important parameter evaluated in this study is the critical force and time according to different friction models in order to reduce damage to cancerous tissue. Experimental experiments on colorectal cancer tissue have been performed using atomic force microscopy. LuGre, Coulomb, and HK friction models are used in the simulations. Finally, by comparing the force outcome diagrams and considering different friction models, in 3D manipulation, the maximum amount of force and critical time for the Coulomb friction model and the lowest value for the LuGre friction model are recorded. Considering the apparent contact surface at the Nano-dimensions in the Coulomb model and the actual contact surface in the LuGre friction model, these results are justifiable. جابه‌جایی ذرات در ابعاد نانو، بهبود خواص، مطالعات بر روی بافت‌های سلولی از جمله کاربردهای فرآیند نانومنیپولیشن با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی می‌باشد. به‌طور کلی، با تماس سوزن و بافت سلولی مورد نظر و با اعمال نیرو بر تیرک فرآیند منیپولیشن آغاز می‌گردد. افزایش میزان نیرو تا زمان غلبه بر نیروهای مقاوم همچون اصطکاک ادامه خواهد یافت. در این هنگام نیرو و زمان بحرانی ثبت می‌شود. در این مقاله بافت سرطانی روده‌ی بزرگ مورد مطالعه قرار گرفته است. پارامتر مهم مورد ارزیابی در این تحقیق، نیرو و زمان بحرانی با توجه به مدل‌های اصطکاکی مختلف و به‌منظور کاهش آسیب به بافت سرطانی می‌باشد. آزمایش‌های تجربی بر روی بافت سرطانی روده‌ی بزرگ با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی صورت پذیرفته است. مدل‌های اصطکاکی لاگره، کولمب و اچ‌کا در شبیه‌سازی‌های انجام شده، به‌کار برده شده‌اند. در نهایت با مقایسه‌ی نمودار برآیند نیروها و با در نظر گرفتن مدل‌های اصطکاکی مختلف، در منیپولیشن سه‌بعدی، بیش‌ترین مقدار نیرو و زمان بحرانی برای مدل اصطکاکی کولمب و کم‌ترین مقدار برای مدل اصطکاکی لاگره ثبت شده است. با توجه به در نظر گرفتن سطح تماس ظاهری در ابعاد نانو، در مدل کولمب و سطح واقعی تماس در مدل اصطکاکی لاگره، این نتایج قابل توجیه می‌باشند.

https://mej.aut.ac.ir/article_4653_b151ce4935a3c2807e1dd9963eda16d8.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 4 2022 06 22 Reliability Analysis of An Inertial Navigation System and its Active Fault Detection and Isolation Unit آنالیز قابلیت اطمینان یک سیستم ناوبری اینرسی و واحد آشکارساز و تشخیص خطای فعال آن 805 820 4768 10.22060/mej.2022.19643.7079 FA محمدعلی فارسی پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم تحقیقات و فناوری، تهران، ایران. علیرضا علیخانی پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم تحقیقات و فناوری، تهران، ایران میلاد نعمتی پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم تحقیقات و فناوری، تهران، ایران Journal Article 2021 02 15 Inertial navigation systems are one of the main components in advanced equipment navigation systems such as drones and satellites. Therefore, their reliability is very important for system mission success. For increasing the reliability while developing advanced sensors, the issue of sensor placement and arrangement, the use of redundancy, and error detection should also be considered. This paper evaluates different sensor configurations and reliability analyses of fault detection and isolation of an inertial navigation system. First, the design of the navigation system is analyzed in terms of the location of the sensors, then the detection and fault detection unit based on the excess sensors. The system's reliability is calculated based on exponential distribution and reliability block diagram, and then the reliability fault detection unit is calculated using the Monte Carlo method. The sensitivity analysis has been performed, and the results show that the reliability depends on the noise value. Because the reliability of this system is a function of the fault detection and its threshold values, the optimal values for fault detection threshold are obtained using two iterative methods and estimating the minimum nonlinear squares. سیستم‏های ناوبری اینرسی یکی از اجزای اصلی در سامانه‏های هدایت، کنترل و ناوبری تجهیزات پیشرفته نظیر پهپاد و ماهواره برها هستند. لذا قابلیت اطمینان آنها برای دستیابی به موفقیت سیستم بسیار مهم است. برای افزایش قابلیت اطمینان ضمن توسعه سنسورهای پیشرفته، موضوع چیدمان سنسورها و آرایش آنها و استفاده از افزونگی و آشکارسازی خطا نیز باید بررسی شود. در این مقاله، چیدمان‌های مختلف سنسورها و قابلیت اطمینان واحد آشکارساز و تشخیص خطای یک سیستم ناوبری اینرسی مورد ارزیابی قرارگرفته است. ابتدا سیستم ناوبری از منظر جانمایی حسگرها، سپس واحد آشکارساز و تشخیص خطا برمبنای حسگرهای مازاد تحلیل شده است. قابلیت اطمینان سیستم ناوبری با استفاده از روش بلوک دیاگرام و توزیع نمایی محاسبه شده است. قابلیت اطمینان واحد آشکارساز با استفاده از روش مونت کارلو محاسبه شده است وتحلیل حساسیت به نویز نیز انجام شده است و نتایج بیانگر وابستگی قابلیت اطمینان به نویز است. به دلیل این که قابلیت اطمینان این سیستم تابعی از مقادیر آستانه آشکارسازی و تشخیص خطا می‌باشد، مقادیر بهینه آستانه آشکارسازی و تشخیص با استفاده از دو روش تکراری و تخمین حداقل مربعات غیرخطی به دست آمده است.

https://mej.aut.ac.ir/article_4768_1a77befc3b608d6ed363567685f70e1e.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 4 2022 06 22 Dynamic Analysis of Micro -Scale Parallelogram Flexures Using Beam Constraint Model and Modified Strain Gradient Theory تحلیل دینامیکی میکرو المان منعطف موازی با مدل قیدی تیر و تئوری گرادیان کرنشی اصلاح یافته 821 842 4689 10.22060/mej.2022.20518.7251 FA محمد ارحامی دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران حمید معین فرد دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران -قطب علمی رایانش نرم و پردازش هوشمند اطالعات، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران Journal Article 2021 09 08 In this paper, the dynamic behavior of a small-scale parallelogram (P) flexure is studied. First, using the beam constrain model and the modified strain gradient theory, the nonlinear strain energy of a small-scale beam is obtained in terms of its tip displacements. This energy expression is utilized to derive the strain energy of a P-flexure. Then the governing dynamic equations of motion are derived using Lagrange equations and are linearized around the operating equilibrium point. This linear model is employed to determine the allowable forces which do not lead to instability of the system. Moreover, the natural frequencies of the system are also extracted and the size effect as well as the static components of the applied loads on them are studied in detail. It is observed that by reducing the dimensions, the normalized transverse natural frequency of the system is increased. However, since there is no strain gradient in an axial mode, the axial normalized frequency is remained constant reducing the dimensions of the system. Moreover, it was observed that the tensile static forces lead to an increase, and transverse forces lead to a decrease in normalized natural frequency of the system. The procedure utilized for dynamic modeling of parallelogram flexures in this paper can be further extended for modeling more complex flexure systems. در این پژوهش، رفتار دینامیکی میکرو المان منعطف موازی تحت بار انتهایی، مورد بررسی قرار می‌گیرد. ابتدا با تئوری گرادیان کرنشی اصلاح یافته و به کمک مدل قیدی تیر، انرژی کرنشی یک میکرو تیر منعطف، برحسب مؤلفه‌های جابجایی انتهای تیر به دست آمده، و از آن برای تعیین انرژی کرنشی المان منعطف موازی استفاده می‌شود. در ادامه، با روش لاگرانژ، مدل دینامیکی میکرو المان منعطف استخراج شده و حول نقطه تعادل، خطی‌سازی می‌گردد. سپس محدوده مجاز برای اعمال نیروهای استاتیکی به سکوی حرکتی، به نحوی که هم تئوری مورد استفاده از دقت کافی برخوردار باشد، و هم پایداری دینامیکی سیستم تحت اغتشاشات دینامیکی کوچک خدشه‌دار نشود، مشخص ‌می‌گردد. نتایج بدست آمده حاکی از این است که تئوری الاستیسیته کلاسیک، سخت‌گیری بیش از حدی برای مشخص کردن دقیق ناحیه پایداری مکانیزم دارد. همچنین فرکانس‌های طبیعی سیستم نیز استخراج شده و اثر ابعاد و مؤلفه‌های استاتیکی نیرو بر آن‌ها‌، مورد مطالعه قرار گرفته است. مشاهده می‌شود که با کاهش ابعاد، فرکانس طبیعی بی‌بعد عرضیِ سیستم افزایش می‌یابد، اما فرکانس طبیعی بی‌بُعد طولی سیستم، به دلیل عدم وجود گرادیان کرنش در مُد طولی، ثابت می‌ماند. همچنین مشاهده شد که نیروی استاتیکی کششی باعث افزایش، و نیروی استاتیکی خمشی باعث کاهش فرکانس‌های طبیعی سیستم ‌می‌شوند. با توجه به بی‌بعد بیان شدن روابط و نتایج ارائه شده در این پژوهش، می‌توانند به سادگی برای تحلیل دینامیکی مکانیزم‌های منعطف پیچیده‌تر، استفاده شوند.

https://mej.aut.ac.ir/article_4689_0e189c35adab992d274c294586143ec9.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 4 2022 06 22 Numerical and Experimental Investigation on Compressive Properties of Egg Box Cores in Biodegradable Sandwich Panels بررسی عددی و تجربی خواص فشاری هسته‌های شانه‌تخم‌مرغی مورد استفاده در سازه‌های ساندویچی زیست‌تخریب‌پذیر 843 858 4665 10.22060/mej.2022.20587.7265 FA رضا بیگ پور دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران حسن شکراللهی دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران سید محمدرضا خلیلی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران Journal Article 2021 09 21 In this study, the compression behavior of cardboard egg box cores with various stacking sequences used in sandwich structures is investigated both experimentally and numerically. A critical requirement of the design is that the structure is compatible with the environment (biodegradable), and its properties have been investigated through compression and tension testing. Egg boxes were chosen as the core material for sandwich structures due to their mechanical properties, excellent insulation properties, and strength. Also, the core shape in various stacking sequences were modeled in ABAQUS Finite Element code to simulate the behavior of the egg box core in compression. The results showed that the surrounding edges of the core were crushed and the truncated top region compressed. The increase in thickness of the egg boxes directly affected the compression properties. By doubling the thickness of the layers, the amount of energy absorbed by the core increased by more than 100%. By comparison of various stacking sequences of the cores, the one with double layers of the egg boxes overlapped showed an increase of 49% in stiffness, 108% in energy absorption, and 128% in strength. According to the results, the tangled arrangement of the second type of the core exhibits the highest load bearing, the greatest energy absorption, and less damage as compared to other core stacking sequences. در این پژوهش رفتار فشاری هسته‌های شانه تخم مرغ مقوایی که به عنوان لایه میانی در ساخت سازه ساندویچی متشکل از لایه‌های بیرونی کامپوزیتی از جنس ماده ترکیبی پلی‌لاکتیک اسید/کنف-کتان استفاده می‌گردد، به صورت تجربی و عددی مورد مطالعه قرار گرفته‌است. باتوجه به سازگاری این هسته‌ها با محیط زیست (زیست تخریب‌پذیر بودن آن‌ها)، استفاده از این نوع هسته‌ها سبب کاهش استفاده از مواد شیمیایی برای ساخت سازه‌های ساندویچی می‌شود. باتوجه به خصوصیت‌هایی همچون استحکام، خواص مکانیکی و عایق بندی آکوستیک بسیار مناسب، شانه‌های تخم مرغ به عنوان لایه‌ی میانی سازه‌های ساندویچی زیست تخریب‌پذیر انتخاب شده‌است. این سازه نسبت به فشار بسیار مقاوم بوده و انرژی زیادی را برای فشرده‌سازی هسته به خود جذب کرده است. مکانیزم خرابی در این لایه میانی، خرد شدن یا له‌شدن لبه‌های بیرونی و خانه‌های مورد تماس با لبه‌های بیرونی می‌باشد. افزایش ضخامت شانه‌های تخم مرغ، تأثیر مستقیمی بر خواص فشرده‌سازی سازه داشته و با دو برابر کردن ضخامت لایه‌ها، مقدار انرژی جذب شده توسط هسته سازه بیش از 100% افزایش یافته است. در بین انواع چیدمان لایه میانی، هسته از نوع شانه‌های تخم مرغ سری (دو شانه تخم مرغ در هم)، نسبت به سایر هسته‌ها به صورت میانگین 49% سفتی، %108 انرژی جذب شده و 128% استحکام بیشتری از خود نشان می‌دهد و این نوع چیدمان نسبت به سایر هسته‌های مطرح شده، کمترین میزان آسیب را متحمل شده‌است.

https://mej.aut.ac.ir/article_4665_7c0f63c15f8749d716ba1ac9121cc1a8.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 4 2022 06 22 Buckling Analysis of Embedded Functionally Graded Graphene Platelet-Reinforced Porous Nanocomposite Plates with Various Shapes Using the P-Ritz Method تحلیل کمانش ورق‌های نانوکامپوزیتی متخلخل مدرج تابعی تقویت شده با نانو تراشه‌های گرافنی در اشکال هندسی مختلف روی بستر الاستیک با روش پی‌ریتز 859 884 4678 10.22060/mej.2022.20387.7223 FA محمد ضیافت دوست عابد دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران حسام روحی دانشکده فنی و مهندسی شرق گیلان، دانشگاه گیلان، رودسر، ایران 0000-0001-5609-9351 Journal Article 2021 08 08 In this study, the buckling of functionally graded graphene platelet-reinforced porous nanocomposite plates with various shapes such as rectangular, elliptical, and triangular ones embedded in an elastic medium is analyzed. To mathematically model the considered plate and elastic foundation, the first-order shear deformation plate theory, and the Winkler-Pasternak model are used, respectively. Three types of graphene nanoplatelet distribution and porous dispersion patterns through the thickness direction are considered for the nanocomposite plate. The effective material properties are obtained via a micromechanical model. By writing the energy functional of the system and using the analytical P-Ritz method, the influences of porosity coefficient, the weight fraction of graphene nanoplatelets, elastic foundation coefficients, and also the length-to-width and thickness ratios on the critical buckling loads are analyzed. It is illustrated that the plate with the non-uniform porosity distribution pattern of the first type and first type of graphene nanoplatelets due to the greater concentration of graphene nanoplatelets on the upper and lower surfaces of the plate and the increase in the stiffness of the plate, it has higher critical buckling load. Also, the maximum critical buckling load is related to shear loading and the minimum critical buckling load is related to biaxial buckling load. Also, by increasing the porosity coefficient, the critical buckling loads of the plate associated with all patterns of graphene nanoplatelets are reduced. در این مطالعه، کمانش 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 قرار گرفته است. از تئوری ورق مرتبه اول برشی برای مدلسازی ورق و مدل وینکلر-پاسترناک برای مدلسازی بستر الاستیک استفاده می‌شود. سه نوع الگوی توزیع نانوتراشه گرافنی و سه نوع توزیع تخلخل در راستای ضخامت برای ورق نانوکامپوزیتی در نظر گرفته می‌شود. خواص مؤثر مادی با استفاده از یک مدل میکرومکانیکی بدست می‌آیند. با نوشتن فانکشنال انرژی سیستم و بکارگیری روش پی‌ریتز، اثرات ضریب تخلخل، درصد وزنی نانوتراشه‌های گرافنی، پارامترهای بستر الاستیک و همچنین نسبت طول به عرض و ضخامت ورق بر بار‌های بحرانی کمانش مورد تحلیل قرار می‌گیرد. نشان داده شده است که ورق با الگوی توزیع تخلخل غیر یکنواخت و متقارن نوع اول و چیدمان نانو تراشه‌های گرافنی نوع اول به جهت تمرکز بیشتر نانو تراشه‌های گرافن بر روی سطوح بالا و پایین ورق و افزایش سفتی ورق، دارای بیشترین بار بحرانی کمانش است. همچنین بیشترین بار بحرانی کمانش مربوط به بارگذاری برشی و کمترین مقادیر مربوط به بارگذاری دو محوری می‌باشد. با افزایش ضریب تخلخل، بار بحرانی کمانش ورق برای تمامی الگوهای توزیع نانوتراشه‌های گرافنی کاهش می‌یابد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4678_ac4d17530106c3e3c2fb5e2dad0e51b7.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 4 2022 06 22 Study of Fretting Fatigue Behavior of Cylinder head Aluminum Alloy, with and without nano-Clay-Particles مطالعه رفتار خستگی سایشی آلیاژ آلومینیوم سرسیلندر، با و بدون نانو ذرات خاک رس 885 904 4738 10.22060/mej.2022.20588.7266 FA روزبه قنادی آذر دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران . 0009-0007-8521-9034 محمد صادق اقارب پرست دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران . محمد آزادی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران . 0000-0001-8686-8705 Journal Article 2021 09 22 Fretting fatigue occurs when contact stresses cause cracks to form and continue to grow between two objects or surfaces in contact. By considering frictional fretting and cyclic mechanical loads, the phenomenon of fretting fatigue can occur in vehicle engine parts. The presence of cyclic loads and the presence of fretting in the engine cylinder head increase the probability of the fretting fatigue phenomenon. In this study, the effect of lubrication and the fretting force value on the fretting fatigue behavior of the aluminum alloy used in the cylinder head has been investigated. The results were also obtained to compare samples with and without nano-particles. In addition, microstructure and fracture surface were examined by optical microscopy and field emission scanning electron microscopy. The results showed that lubrication could reduce the fretting damage. Moreover, increasing the fretting force decreased the fatigue lifetime of the sample with nano-particles. According to the results obtained from the tests, the effect of nano-particle amplification on the aluminum alloy with and without lubrication and at the fretting force equal to 15 N, increased the fatigue lifetime by about 50 times. پدیده خستگی سایشی زمانی رخ می‌دهد که تنش‌های تماسی باعث شکل‌گیری و در ادامه رشد ترک بین دو جسم یا سطوح در حال تماس شود. با در نظر گرفتن سایش‌های اصطکاکی و بارگذاری‌های متناوب مکانیکی امکان رخ دادن پدیده خستگی سایشی در قطعات موتور خودرو وجود دارد. با توجه به وجود بارگذاری‌های سیکلی و وجود سایش در سرسیلندر خودرو احتمال وقوع پدیده خستگی سایشی را افزایشی می‌دهد در این پژوهش، تأثیر روانکاری و نیروی سایشی بر رفتار خستگی سایشی آلیاژ آلومینیوم سرسیلندر، مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین نتایج برای مقایسه نمونه‌های با و بدون ذرات نانو بدست آمده است. بررسی ریزساختار و سطح شکست توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام شده است. نتایج نشان داد که اعمال روانکاری و کاهش نیروی سایشی سبب افزایش عمر خستگی برای نمونه با ذرات نانو شده است. همچنین، با توجه به نتایج بدست آمده از نمودار، تأثیر افزودن ذرات نانو به آلیاژ سرسیلندر در شرایط بدون اعمال روانکاری و در سطح نیرو سایشی 15 نیوتن، سبب افزایش 50 برابری عمر خستگی شده است.

https://mej.aut.ac.ir/article_4738_c2e06e9a80370952f6ec5463c77cbace.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 4 2022 06 22 Study of Rheological Behavior of Water-Ethylene Glycol /Nano Al2O3 –Nano Graphene Hybrid Nanofluid at Low Temperatures مطالعه رفتار رئولوژیکی نانوسیال هیبریدی آب-اتیلن گلیکول/نانوآلومینا-نانوگرافن در دماهای پایین 905 924 4611 10.22060/mej.2021.20275.7206 FA نسیم نایب پاشایی پژوهشکده فناوری و مهندسی، پژوهشگاه استاندارد، البرز، ایران سیدمحمدمهدی هادوی دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران 0000-0002-0078-8104 Journal Article 2021 07 22 Nanofluids are a new generation of fluids with very high potential in industrial applications. In this study, the effect of temperature and concentration of nanoparticles consisting of Al2O3 nanoparticles and graphene nanoplates on the rheological behavior of the base fluid consisting of water and ethylene glycol was studied. Also, 0.2%vol. of oleic acid and 0.2%wt. of sodium dodecyl sulfonate were added to the base fluid as a surfactant to disperse the nanoparticles. The volume fraction of nanoparticles in this study was considered 0.05, 0.1, 0.5, 1, 1.5, 2, and 2.5% by volume, and also to investigate the effect of temperature, the tested temperatures were selected in the temperature range of 263-293K. The morphology and microstructure of the nanoparticles were investigated by scanning and transmission electron microscopy. Detection of phases in nanoparticles was performed by X-Ray Diffraction analysis. Also, the specific area and porosity of nanoparticles were determined. The dynamic viscosity of hybrid nanofluids was measured and compared with the base fluid. The results showed that the rheological properties of nanofluid were dependent on temperature and nanoparticle concentration, especially at sub-zero temperatures. Hybrid nanofluid samples with solid volume fraction less than 0.5% showed Newtonian behavior, while samples with higher solid volume fractions showed non-Newtonian shear thinning behavior. نانوسیالات که از توزیع ذرات با ابعاد نانو در سیال پایه حاصل می‌شوند، نسل جدیدی از سیالات با پتانسیل بسیار بالا در کاردبرد‌های صنعتی هستند. در این پژوهش، تأثیر دما و غلظت نانوذرات متشکل از نانوذرات آلومینا و نانوصفحات گرافن بر رفتار رئولوژیکی سیال پایه متشکل از آب و اتیلن گلیکول مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین به میزان 0/2 درصد حجمی اولئیک اسید و 0/2درصد وزنی سدیم دودسیل سولفونات به عنوان ماده فعال سطحی برای پراکندگی نانوذرات به سیال پایه اضافه شدند. کسرحجمی نانوذرات 0/05، 0/1، 0/5، 1، 1/5، 2 و 2/5 درصد حجمی و دماهای مورد آزمایش در بازه دمائی 293-263 کلوین انتخاب شد. بررسی مورفولوژی و ریزساختار نانوذرات توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ الکترونی عبوری انجام شد. تشخیص فازهای نانوذرات به وسیله آنالیز تفرق اشعه ایکس انجام شد. همچنین مساحت ویژه و تخلخل نانوذرات تعیین شد. ویسکوزیته دینامیک نانوسیالات هیبریدی اندازه‌گیری و با سیال پایه مقایسه شد. نتایج نشان داد که خصوصیات رئولوژیکی نانوسیال خصوصاً در دماهای زیر صفر به دما و غلظت نانوذرات وابسته است. نمونه‌های نانوسیال هیبریدی با کسرهای حجمی جامد کمتر از0/5% رفتار نیوتنی داشتند، در حالی که نمونه‌های با کسرهای حجمی جامد بالاتر رفتار غیر نیوتنی رقیق‌گردانی برش را نشان می‌دهند.

https://mej.aut.ac.ir/article_4611_14f2ebeab937ca128186e7ba876faef9.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 54 4 2022 06 22 Investigation on the Effect of Different Constitutive Models on the Forming Limit of the Sheet under Nonlinear Strain Path بررسی اثر مدل‌های ساختاری مختلف بر حد شکل‌دهی ورق تحت مسیر کرنش غیرخطی 925 944 4714 10.22060/mej.2022.20519.7256 FA سهیلا سجودی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران. علی باستی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران. سیدرضا فلاحتگر دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران. 0000-0003-1573-5619 سیده مریم میرفلاح نصیری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران. Journal Article 2021 09 12 Forming limit diagrams are a criterion to predict the necking for constructing an optimal design in metal products. In this paper, the Marciniak-Kuczynski instability theory is used to determine the forming limits of the AA6111-T43 sheet. Also, Hill 48, Gotoh, and Yld2000-2d yield criteria are investigated to describe the yield behavior of the alloy, and their coefficients are computed based on the results obtained from uniaxial and bulge tests. Finally, forming limit diagrams are plotted by employing different yield functions and appropriate hardening models. The comparison between theoretical and experimental results indicated that the limit strains obtained by the Yld2000-2d criterion and Swift model are in better agreement with experimental data than others. Since in complex forming processes, the strain path is rarely linear, the investigation of the forming limit diagram by considering the nonlinear strain path is important. In multi-stage forming processes, while the limit strains are significantly path dependent, the forming limit stress diagram is less dependent on the loading path. However the sensitivity of the forming limit stresses to the path is lower than limit strains, the limit stresses in large pre-strain are not completely loading path independent. The sensitivity of the limit stresses to strain path in addition to the magnitude of the pre-strain, also depends on the used hardening model and yield function that are examined in detail in this study. نمودار حد ‌شکل‌دهی معیاری جهت پیش‌بینی وقوع گلویی به منظور طراحی بهینه در محصولات فلزی است. در این مقاله از تئوری ناپایداری مارسینیاک-کوزینسکی جهت تعیین حد شکل‌دهی ورق آلومینیوم AA6111-T43 استفاده شده است. همچنین معیارهای تسلیم ناهمسانگرد هیل۴۸، Gotoh و YId2-2000d برای توصیف رفتار تسلیم آلیاژ مورد بررسی قرار می‌گیرند و پارامترهای ثابت این توابع با دردسترس بودن مقادیر حاصل از آزمون کشش تک‌محوره و تست بالج محاسبه می‌شوند. در نهایت، نمودارهای حد ‌شکل‌دهی با بکارگیری توابع تسلیم مختلف و روابط کارسختی مناسب ترسیم و با نتایج تجربی در دسترس مقایسه می‌شوند. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که کرنش‌های حدی حاصل از بکارگیری تابع تسلیم YId2-2000d و مدل سخت‌شوندگی سوئیفت مطابقت بهتری با نتایج تجربی دارند. از آنجا که در فرایندهای شکل‌دهی پیچیده، بندرت مسیر کرنش خطی است، بررسی نمودارهای حد شکل‌دهی با درنظر گرفتن مسیر کرنش‌های غیرخطی حائز اهمیت است. در فرایندهای شکل‌دهی چند مرحله‌ای، در حالی که کرنش‌های حدی بشدت تحت تأثیر مسیر کرنش می‌باشند، نمودار‌ حد تنش‌ شکل‌دهی وابستگی کمتری به مسیر بارگذاری دارد. هرچند که وابستگی تنش‌های حدی به مسیر کمتر از کرنش‌های حدی است، ولی این نمودارها در مقادیر پیش‌کرنش بالا کاملاً مستقل از مسیر بارگذاری نیستند و این وابستگی تنش‌های حدی به مسیر کرنش علاوه برمقدار پیش‌کرنش به روابط کارسختی و معیار تسلیم بکارگرفته شده نیز بستگی دارد که این موضوع در این مقاله با جزئیات مورد بررسی قرار می‌گیرد.

https://mej.aut.ac.ir/article_4714_cb59b747f88a35e0d452377f60f7c25f.pdf