دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 4 2023 06 22 Optimal cooperative braking strategy design of regenerative and mechanical braking systems for in-wheel drive electric vehicles طراحی استراتژی ترمزگیری مشارکتی بهینه با تلفیق سیستم ترمز مکانیکی و احیاکننده برای خودروی برقی مجهز به موتوردرچرخ 433 460 5182 10.22060/mej.2023.21842.7522 FA علی حسینی سالاری دانشگاه شهید باهنر کرمان، بخش مهندسی مکانیک، کرمان، ایران حسین میرزایی نژاد دانشگاه شهید باهنر کرمان، بخش مهندسی مکانیک، کرمان، ایران مجید فولادی ماهانی دانشگاه شهید باهنر کرمان، بخش مهندسی مکانیک، کرمان، ایران Journal Article 2022 10 10 Nowadays, a new generation of electric vehicles with in-wheel motor technology has been introduced and is being developed. Increasing system efficiency, eliminating mechanical intermediaries, and achieving regenerative braking torque with better performance are the motivations to seek to improve this technology. In the present study, a half-car model with five degrees of freedom has been developed by considering a vehicle equipped with two in-wheel motors on the rear axle as a sample vehicle. Then, the braking strategy has been designed using a two-stage nonlinear predictive controller. The appropriate pressure for the brake fluid lines will be reached in the first stage. In the second stage, the proper amount of electric regenerative torque is obtained using the electronic braking force distribution function and considering all constraints. The amount of regenerative torque is calculated by considering the system constraints using the Karush–Kuhn–Tucker conditions. Finally, the designed strategy is examined from the perspective of vehicle mileage capability. The results show that optimal braking can be achieved by utilizing the designed controller and the proposed model. Also, the amount of regenerated energy to the battery can be increased during braking by using the proposed braking strategy and the designed control system in comparison with the relevant studies. امروزه نسل جدیدی از خودروهای الکتریکی با فنّاوری موتوردرچرخ معرفی‌شده و در حال‌ توسعه است. افزایش بازده سیستم، حذف واسطه‌های مکانیکی و دستیابی به گشتاور ترمزی احیاکننده با عملکرد بهتر، از دلایل توسعه این تکنولوژی است. در این مقاله ابتدا یک مدل پنج درجه آزادی نصف خودرو با در نظر گرفتن یک خودرو مجهز به دو موتوردرچرخ در محور عقب، به‌عنوان خودروی نمونه، توسعه داده‌شده است. سپس یک استراتژی ترمزگیری با استفاده از کنترل‌کننده غیرخطی پیش‌بین دو مرحله‌ای طراحی و پیاده‌سازی گردیده‌ است. در مرحله اول فشار مناسب برای خطوط روغن ترمز حاصل می‌شود. در مرحله دوم، مقدار مناسب گشتاور احیاکننده الکتریکی با در نظر گرفتن ظرفیت جبرانی توزیع گشتاور ترمزی سیستم ترمز و با در نظر گرفتن تمامی قیود تأثیرگذار، به‌ دست می‌آید. مقدار گشتاور احیاکننده با در نظر گرفتن قیود سیستم، با به‌کارگیری روش بهینه‌سازی مقید کاروش- کان- تاکر حاصل می‌شود. در آخر استراتژی طراحی‌شده از دیدگاه مصرف انرژی و پیمایش خودرو مورد بررسی قرار‌ می‌گیرد. نتایج نشان می‌دهد با کمک کنترل‌کننده طراحی‌شده و مدل ارائه‌شده می‌توان ترمزگیری بهینه‌ای انجام داد. از طرف دیگر با استفاده از استراتژی ترمزگیری معرفی‌شده و سیستم کنترلی طراحی‌شده می‌توان مقدار بازگشت انرژی به باتری را در حین ترمزگیری در مقایسه با استراتژی‌های موازی و سری-موازی توسعه داده شده در سایر مطالعات، افزایش داد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5182_9d4cfd67d001f8dc65612c064fd85893.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 4 2023 06 22 Chatter Suppression in turning by applying a tooling mechanism with the ability to change the tool angles کاهش ارتعاشات ابزار در تراشکاری به‌‌کمک ابزارگیر با قابلیت تغییر زاویه ابزار حین فرآیند 461 474 5172 10.22060/mej.2023.5172.7490 FA حسین بهروز دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران حمید باصری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران حسین نورمحمدی پژوهشکده علوم و فناوری شمال، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، فریدونکنار، ایران Journal Article 2022 08 16 Tool angles have a great impact on cutting mechanics and the machining parameters such as surface quality, tool life, specific cutting energy, and dynamic stability of the cutting process. One of the research topics in this field is the development of mechanisms that can be used to create more control on the machining process, such as the tool angles, simultaneously in the process. In this research, a tooling mechanism has been presented for the turning machine, which provides the ability to adjust the normal rake and clearance angles, during the turning process. This mechanism is used to develop a new active control system for chatter suppression for increasing the dynamic stability of the turning process. In this technique, the controller detects the chatter through the acceleration sensor and then reduces the clearance angle of the tool by using the mechanism, this increases the process damping and by increasing the overall damping, it suppresses the vibrations. To design the active controller, the simulation was done in the MATLAB-Simulink and then according to the simulation results, an on/off controller was designed and implemented. Then, experimental tests were performed to evaluate the performance of the chatter suppression control system. The test results showed that the proposed method can have a good effect in reducing chatter vibrations in the turning process and leads to a significant increase in the stability of the tuning process. زوایای ابزار تاثیر زیادی بر مکانیک برش و پارامترهای اصلی ماشینکاری مانند کیفیت سطح قطعه‌‌، عمر ابزار، انرژی مخصوص برش و پایداری دینامیکی فرآیند دارد، یکی از موضوعات پژوهشی دراین زمینه، توسعه مکانیزم‌‌هایی است که به کمک آنها بتوان کنترل بیشتری روی فرآیند ماشینکاری از جمله زوایای ابزار، بصورت همزمان با اجرای فرآیند ایجاد کرد. در پژوهش پیش‌‌رو مکانیزم ابزارگیر دو درجه آزادی جدید برای دستگاه تراش ارائه شده که قابلیت تنظیم زاویه آزاد و براده حقیقی ابزار را حین فرآیند تراشکاری فراهم می‌کند. هدف از طراحی این مکانیزم استفاده از آن برای توسعه یک روش جدید کنترل فعال برای کاهش ارتعاشات چتر و افزایش پایداری دینامیکی در فرآیند تراشکاری است. در این روش کنترلر از طریق حسگر ارتعاش، بروز چتر را تشخیص می‌‌دهد و با استفاده از مکانیزم، زاویه آزاد ابزار را کاهش می‌دهد، این‌‌امر باعث افزایش میرایی فرآیندی شده و با افزایش میرایی کل، موجب مهار ارتعاشات چتر می‌‌شود. برای طراحی کنترل فعال چتر، ابتدا شبیه‌سازی در محیط MATLAB-Simulink انجام شد و سپس با توجه به نتایج شبیه‌سازی، یک کنترلر on/off طراحی و پیاده‌سازی شد. در ادامه برای ارزیابی عملکرد سیستم کنترل چتر، آزمون‌‌های تجربی انجام شد. نتایج حاصل از تست‌‌ها نشان داد که روش پیشنهادی عملکرد مناسبی در کاهش ارتعاشات چتر در فرآیند تراشکاری می‌‌تواند داشته باشد و منجر به افزایش قابل ملاحظه‌ای در دامنه پایداری فرآیند می‌شود.

https://mej.aut.ac.ir/article_5172_e989fafca96fff8f15e52489dfd2f808.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 4 2023 06 22 Developing a new functionally graded lattice structure based on an elliptic unit cell for additive manufacturing and investigation of its properties توسعه ساختار شبکه ای گرادیانی جدید بر اساس سلول واحد بیضوی برای ساخت افزایشی و بررسی خواص آن 475 494 5141 10.22060/mej.2023.21736.7504 FA هدیه مجاوری‌آگاه دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران مسعود عسگری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران Journal Article 2022 09 04 The use of additive manufacturing provides the opportunity to create complex geometries at a low cost. This paper introduces a novel nature-inspired additive manufactured graded lattice structure based on an elliptic unit cell. Altering the unit cells' dimensions by the dimension ratios in each repetition results in a graded layer. Linear tessellated layers provide a highly porous, graded structure whose specific properties can be customized at any spatial location. Geometric features were calculated with high accuracy using analytical analysis. Abaqus simulations were utilized to determine the mechanical properties of unit cells, layers, and lattices. A compression test was conducted on a polymer specimen made by digital light processing (DLP) to validate the results. For a conformal model, the elastic modulus along the latitude axis is five times bigger than the value along the longitude axis. An 8.8-fold increase in the elastic modulus is achievable by decreasing the longitude ratio from 1 to 0.75. A reduction of 0.3% in porosity by setting the longitude ratio to 0.75 and a decrease of 2% in porosity by lessening the latitude ratio to 0.75 results in increases of 2.6 and 2.77 folds in the elastic modulus along two directions, respectively. It is possible to tailor geometrical and mechanical properties to meet any design preference by selecting the proper dimension ratios, which can be utilized for medical implant design. امروزه استفاده از تکنولوژی پیشرفته ساخت افزودنی، امکان ایجاد ساختارهایی با هندسه‌ی پیچیده و با هزینه‌ی کم را ممکن ساخته‌است. در این پژوهش با الهام از بافت متخلخل چوب ساختار شبکه‌ای گرادیانی بر اساس سلول‌واحد بیضی، طراحی شده‌است. با تغییر تدریجی ابعاد سلول‌واحد بر حسب نسبت ابعادی مختلف و تکرار آن در دو راستای عمود برهم لایه‌ها و با چینش خطی آنها، ساختارهای شبکه‌ای گرادیانی پدید آمده‌است که قابلیت گرادیانی کردن خواص را در تمام نقاط سازه دارد. ویژگی‌های هندسی نمونه‌ها با دقت بسیار خوبی بر اساس روابط تحلیلی برآورد شده‌است خواص مکانیکی از شبیه‌سازی سلول‌های‌واحد، لایه‌ها و سازه‌ها در دو جهت عمود برهم در نرم‌افزار آباکوس بدست‌آمده‌اند. به‌منظور صحت‌سنجی نتایج، نمونه‌ی پلیمری با استفاده از روش پردازش نوری دیجیتال ساخته و تحت آزمایش فشار قرارگرفته‌است. نسبت مدول الاستیک در راستای عرضی به محوری در ساختار یکنواخت برابر 5 و این نسبت با کاهش نسبت تغییرات راستای محوری از 1 به0/75، 8/8 خواهد بود. همچنین با مقایسه‌ی سازه‌های گرادیانی نسبت به یکنواخت، با کاهش 0/3 و 2 درصدی تخلخل با تغییر یکی از ضرایب ابعادی عرضی یا طولی به 0/75، مدول الاستیک به ترتیب 2/6 و 2/77 برابر خواهد‌‌ شد. این طراحی امکان ایجاد قطعاتی سبک با خواص هندسی و مکانیکی سفارشی‌شده براساس اولویت‌های طراحی و قیود هندسی، با انتخاب ضرایب هندسی مناسب را فراهم می‌آورد که می‌تواند در تولید ایمپلنت‌های پزشکی مورد استفاده قرار گیرد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5141_ec2545be8c88e06bc24980792b9d2fd6.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 4 2023 06 22 Three-dimensional micromechanical modelling of effective elastic properties of graphene nanoplatelet-reinforced polymer nanocomposite using a HFGMC-based homogenization approach مدل‌سازی میکرومکانیکی سه‌بعدی به‌منظور پیش‌بینی خواص موثر الاستیک نانوکامپوزیت‌ پلیمری تقویت‌شده با گرافن‌نانوپلیتلت 495 514 5137 10.22060/mej.2023.22059.7560 FA هادی مهدی‌ پور دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران عباس روحانی بسطامی دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران محمدحسین سورگی دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران Journal Article 2022 12 27 A three-dimensional analytical micromechanical model based on the unit cell is extended to extract the elastic properties of graphene-nanoplatelet reinforced polymer nanocomposites. Graphene-nanoplatelet /epoxy interphase region changing gradually is considered elastic with isotropic behavior. To simulate the random distribution of graphene, the geometry of the representative volume element of the nanocomposite is divided into a three-dimensional cubic with subcells. The obtained results are compared with the available research studies. Moreover, the effect of parameters such as the volume of graphene-nanoplatelet in the epoxy resin, the graphene-nanoplatelet aggregation, and the interphase region are investigated on the response of the nanocomposite. It is shown that the aggregation of graphene-nanoplatelet depends on its volume fraction. The results show that the elastic properties obtained from the present micromechanical model taking into account the random distribution, the agglomeration of nanoparticles, and also interphase are close to the experimental data. در این پژوهش، یک روش میکرومکانیکی تحلیلی سه‌بعدی بر پایه سلول واحد جهت استخراج خواص الاستیک نانوکامپوزیت‌های پلیمری تقویت‌شده با گرافن‌نانوپلیتلت ارائه می‌شود. برای این مدل، یک المان حجمی نماینده نانوکامپوزیت که دربرگیرنده تمامی خصوصیات نانوکامپوزیت است و شامل سه فاز تقویت‌کننده گرافن‌نانوپلیتلت، زمینه‌ی پلیمری و ناحیه فازمیانی که خواص آن به تدریج تغییر می‌کند، در نظر گرفته می‌شود. به‌منظورشبیه‌سازی جهت‌گیری تصادفی ذرات گرافن‌نانوپلیتلت، هندسه المان حجمی نماینده نانوکامپوزیت Nα∗Nβ∗Nγ به سلول مکعبی در سه بعد درون المان حجمی نماینده تقسیم می‌شود. اندازه گرافن‌نانو‌پلیتلت و تجمع وابسته به کسر حجمی گرافن نانو‌پلیتلت‌ها به عنوان دو فاکتور مهم تاثیرگذار بر روی خواص نانوکامپوزیت، از طریق دو ایده جدید مدل‌سازی می‌شوند. به‌منظور اعتبارسنجی مدل ارائه‌شده، ابتدا نتایج بدست‌آمده، با داده‌های تجربی و مدل‌های میکرومکانیکی پیشین در دسترس مقایسه می‌شوند. سپس، اثر پارامترهایی مانند درصد کسرحجمی، اندازه نانوذره، اثر تجمع و همچنین جهت‌گیری تصادفی گرافن‌نانوپلیتلت‌ها درون رزین اپوکسی، و ضخامت فازمیانی بر پاسخ نانوکامپوزیت بررسی می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که تجمع گرافن‌نانوپلیتلت وابسته به کسرحجمی آن است و خواص الاستیک بدست‌آمده از مدل میکرومکانیکی حاضر با جهت‌گیری تصادفی ذرات گرافن‌نانوپلیتلت با درنظرگرفتن اندازه و تجمع نانوذرات و همچنین توجه به فازمیانی، توافق بسیار خوبی با داده‌های تجربی دارد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5137_6f5b9e8c860370ec4299e585c587079b.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 4 2023 06 22 Buckling analysis of tapered laminated composite channel-section beam-columns subjected to combined axial load and end moment تحلیل رفتار کمانش تیر-ستون ماهیچه‌ای کامپوزیتی چند لایه با مقطع ناودانی تحت نیروی محوری و لنگر انتهایی 515 542 5176 10.22060/mej.2023.21799.7513 FA رضا ابوالقاسمیان دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران معصومه سلطانی گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران احمدرضا قاسمی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران Journal Article 2022 09 23 Nowadays, the practical applications of shell elements such as beams having thin-wall cross-sections are increasing greatly in various fields of engineering including aerospace, nuclear, marine, and automotive industries. This is due to their ability to optimally use structural materials and simultaneously reduce the total weight of the structure. Fiber polymer composites also have different conspicuous properties such as high stiffness-to-weight and strength-to-weight ratios, corrosion resistance, and high strength. Therefore, laminated composite C-section beam elements simultaneously possess both the beneficial features of fiber-reinforced composite materials and thin-walled cross-sections at the same time. Motivated by these facts, in this research, the flexural-torsional stability of multi-layer fibrous composite tapered beam-columns with channel-section subjected to axial and bending loads is investigated. For this purpose, the total potential energy governing the problem is extracted based on Vlasov’s model for small non-uniform torsion along with the classical laminated plate theory. Then, using Ritz’s methodology as an analytical solution technique, the endurable buckling load is calculated. Eventually, the effect of important parameters such as stacking sequences, fiber composite materials, boundary conditions, axial load eccentricity, and axial preloading on the linear buckling capacity of double-tapered multi-layer composite beam-column with channel-section under axial load and end moment is investigated. امروزه، استفاده از المان‌های پوسته‌ای کامپوزیتی نظیر تیرهای ماهیچه‌ای با مقطع جدار نازک به دلیل قابلیت آن‌ها در مصرف بهینه مصالح و کاهش وزن سازه در بسیاری از صنایع از جمله هوا فضا، دریایی و خودرو سازی افزایش قابل توجهی یافته است. طراحی اعضای جدار نازک بایستی به گونه‌‌ای صورت پذیرد که پارامتر نسبت استحکام به وزن تا حد قابل قبولی بالا باشد تا از نظر صرفه‌‌جویی در مصرف مصالح و هزینه بهینه گردند. با توجه به این نکته در این تحقیق، پایداری خمشی-پیچشی تیر-ستون ماهیچه‌ای جدار نازک با نیم‌رخ ناودانی از جنس کامپوزیت الیافی تحت شرایط مرزی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، انرژی پتانسیل کلی حاکم بر مسئله بر مبنای مدل ولاسو برای مقاطع جدار نازک باز، تئوری کلاسیک لایه‌ای و با فرض چیدمان متقارن استخراج می‌گردد. سپس با استفاده از روش تحلیلی رایلی-ریتز، مقدار بار کمانش خمشی-پیچشی با توجه به شرایط مرزی حاکم بر عضو محاسبه می‌شود. پس از تأیید صحت و دقت روش ارائه شده با استفاده از نرم افزار المان محدود انسیس، تاثیر عوامل مهمی مانند پیش بارگذاری محوری، خروج از مرکزیت بار محوری فشاری، جنس الیاف، چینش لایه‌ها، شرایط مرزی و ضرایب باریک‌شوندگی بال و جان بر ظرفیت کمانشی عضو کامپوزیتی مدنظر بررسی می‌شود.

https://mej.aut.ac.ir/article_5176_f53ac9e893fa9a94635ebd8af7815569.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 4 2023 06 22 A Numerical and Experimental Study on Fatigue Crack Growth of Ti-6Al-4V Specimens in Presence of Tensile Residual Stresses بررسی تجربی و عددی رشد ترک خستگی در آلیاژ تیتانیوم Ti-6Al-4V در حضور تنش‌های پسماند کششی 543 554 5181 10.22060/mej.2023.22012.7556 FA امیرمحمد زنگنه دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی مکانیک ایرج ستاری فر دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی مکانیک محمد نوقابی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی مکانیک Journal Article 2022 12 19 Fatigue crack growth is one of the failure mechanisms in engineering structures, which is intensified by the presence of tensile residual stress. In this research, the effect of tensile residual stress in front of the crack front on fatigue crack growth has been investigated. The mechanical residual stress has been applied to the samples using the four-point bending method, and the residual stress has also been measured using the hole drilling method. Fatigue crack growth tests were performed on single edge notch bend samples with residual stress and without residual stress and the repeatability of the test was checked. To investigate the plastic area ahead of the crack tip, the applied residual stress, and obtain the fracture mechanics parameters, Abaqus commercial software has been used. The results of this study show the increase in the rate of fatigue crack growth in the presence of tensile residual stress. This increase in fatigue crack growth rate can reduce fatigue life up to 50%. رشد ترک خستگی از مکانیزم های شکست در سازه‌های مهندسی می‌باشد که با وجود حوزه‌ی تنش پسماند کششی تشدید می‌گردد. در این پژوهش، اثر تنش پسماند کششی در جلوی جبهه ترک بر روی رشد ترک خستگی مورد بررسی قرار گرفته‌است. تنش پسماند مکانیکی با استفاده از روش خمش چهار نقطه بر روی نمونه ها اعمال شده است و همچنین اندازه‌گیری تنش پسماند با استفاده از روش کرنش سنجی سوراخ انجام گرفته است. آزمون رشد ترک خستگی بر روی نمونه‌های خمشی با ترک لبه دارای تنش پسماند و بدون تنش پسماند صورت پذیرفته و تکرارپذیری آزمایش بررسی شده است. به منظور بررسی ناحیه پلاستیک نوک ترک، تنش پسماند اعمالی و بدست آوردن پارامتر‌های مکانیک شکست از نرم‌افزار تجاری آباکوس استفاده شده است. نتایج بررسی‌ها میزان افزایش نرخ رشد ترک خستگی در حضور تنش پسماند کششی را نشان می‌دهد. این افزایش نرخ رشد ترک خستگی تا 50 درصد می‌تواند عمر خستگی را کاهش دهد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5181_4b50adfc61b3522fdcfc4ed083c4ae4f.pdf