دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 10 2023 12 22 Reinforcement learning-based controller design for a ‎proposed octorotor with tilt-arm angles ‎ طراحی کنترل‌کننده به روش یادگیری تقویتی برای یک اوکتاروتور پیشنهادی با زاویه ‏بازوهای متغیر 1175 1194 5344 10.22060/mej.2024.21904.7538 FA داود شریفی دولت آبادی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران محسن ایرانی رهقی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران ;کیوان ترابی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران حامد شهبازی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران Journal Article 2022 11 02 The maneuverability of a quadrotor or octorotor UAV is limited in the standard configuration ‎because the force vectors of the propellers are parallel and only have four active degrees of ‎freedom. Therefore, they lack the controllability of six independent degrees of freedom. This ‎study designs a novel configuration for an octorotor capable of hovering with roll or pitch angles in ‎a specific position, contrary to UAVs with a standard configuration that can only hover in a ‎horizontal position. In other words, in this octorotor, orientation tracking is also added to the ‎octorotor's targets in addition to position tracking. The proposed model can be controlled by ‎altering the velocity of the eight rotors and the tilt angle of the four arms. Such alterations in ‎velocity and tilt angle are such that they can provide the aerial vehicle with most optimum ‎maneuverability. After deriving the proposed dynamic octorotor model, a controller is proposed ‎using neural networks (NNs) and reinforcement learning (RL), capable of controlling the proposed ‎octorotor with six independent degrees of freedom. Finally, trajectory tracking, octorotor position, ‎and controller robustness to possible motor malfunctions are examined, and numerical simulation ‎results are provided.‎ تحرک یک پرنده‌ی کوادروتور یا اوکتاروتور در پیکربندی استاندارد به دلیل موازی بودن بردارهای نیروی روتورها محدود ‏است و آنها فقط دارای چهار درجه آزادی فعال هستند. بنابراین قابلیت کنترل شش درجه‌ی آزادی به صورت مستقل برای ‏آن‌ها وجود ندارد. در این پژوهش یک ساختار و پیکره‌بندی جدید برای یک اوکتا‌روتور طراحی می‌گردد تا برخلاف پرنده ‏های با ساختار استاندارد که تنها در حالت افقی می‌توانند در یک محل مشخص معلق بمانند، قابلیت معلق ماندن با زوایای ‏رول یا پیچ در یک موقعیت مشخص را داشته باشند، به معنی دیگر در این پرنده علاوه بر دنبال کردن موقعیت ، دنبال کردن ‏جهت‌گیری نیز به اهداف پرنده اضافه شده است. در مدل پیشنهادی می‌توان از تغییر در سرعت هشت روتور و تغییر در ‏زاویه‌ی چهار بازو برای کنترل بهره برد، در واقع این سرعت ها و زوایا به نحوی تعیین می‌گردد تا قابلیت مانورپذیری ‏پرنده به نحو مطلوب تامین شود. پس از استخراج مدل دینامیکی اوکتاروتور پیشنهادی، یک کنترل کننده‌ با استفاده از ‏شبکه‌های عصبی و روش یادگیری تقویتی پیشنهاد می‌گردد که قابلیت کنترل اوکتاروتور پیشنهادی با شش درجه‌ی آزادی ‏مستقل را خواهد داشت. در نهایت قابلیت تعقیب مسیر و وضعیت اوکتاروتور و همچنین مقاوم بودن کنترلر نسبت به ‏اختلالات احتمالی در عملکرد موتورها بررسی شده و نتایج شبیه‌سازی های عددی ارائه می‌گردد.‏

https://mej.aut.ac.ir/article_5344_1e80618180044fd5a7b4d8a2c8503cbf.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 10 2023 12 22 Energy harnessing from water waves using a piezoelectric energy harvester with and without ore-like tip: an experimental study برداشت انرژی از امواج آب با تیر پیزوالکتریک باله‌دار و بدون باله: مطالعه تجربی 1195 1206 5315 10.22060/mej.2023.22347.7604 FA حمید ادب زاده گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران محمد مصطفی محمدی گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران جعفر غضنفریان گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران Journal Article 2023 04 27 In this article, the piezoelectric energy harvester of cantilever type with the ability to be angled relative to the vertical direction, and also with rectangular fins attached to the end of the harvester has been investigated. The purpose of this study is to investigate the effect of design parameters such as the angle of inclination of the energy harvester, its distance from the wave source, the depth of the beam, and the presence or absence of fins at the end of the beam, on the effective output voltage of the energy harvester. Low efficiency is the most important limitation for the advancement of piezoelectric energy harvesters, and for this reason, it is necessary to use methods based on tests and optimization to increase the efficiency of piezoelectric energy harvesters. To carry out the experimental study, experiments have been designed using the central composite design (CCD) and the design parameters have been optimized using the response surface methodology (RSM). Also, the effect of equipping the energy harvester with a fin on the final voltage has been investigated. It was observed that the optimal conditions for both finned and non-finned harvesters occur when the distance ratio of the beam from the wave-maker is minimum and the depth of penetration ratio is maximum. در این مقاله، برداشت‌کننده انرژی پیزوالکتریک از نوع تیرهای یک‌سرگیردار با قابلیت زاویه‌دار شدن نسبت به راستای عمودی و همچنین همراه با باله‌ای مستطیلی شکل متصل به انتهای برداشت‌کننده مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از مطالعه حاضر، بررسی اثر پارامترهای طراحی مانند زاویه تمایل برداشت‌کننده انرژی، فاصله آن از منبع موجی، عمق فرورفتگی تیر و وجود یا عدم وجود باله در انتهای تیر، روی ولتاژ مؤثر خروجی برداشت‌کننده انرژی است. بازدهی پایین مهم‌ترین محدودیت پیشروی برداشت‌کننده‌های انرژی پیزوالکتریک است و به همین دلیل استفاده از روش‌های مبتنی بر طراحی آزمایش و بهینه‌سازی با هدف افزایش بازدهی برداشت‌کننده‌های پیزوالکتریک، ضروری است. جهت اجرای مطالعه تجربی، طراحی آزمایش‌ها با استفاده از روش مرکب مرکزی و آنالیز مدل تجربی و بهینه‌سازی پارامترهای طراحی با استفاده از روش رویه‌های پاسخ صورت‌گرفته است. همچنین اثر تجهیز برداشت‌کننده انرژی به باله روی ولتاژ نهایی بررسی شده است. مشاهده شد که شرایط بهینه برای هر دو حالت برداشت‌کننده باله‌دار و بدون باله، معادل فاصله تیر از موج‌ساز برابر با 20 سانتی‌متر و عمق نفوذ 6 سانتی‌متر است. همچنین زاویه تمایل بهینه در حالت بدون باله برابر با 6/7 درجه و در حالت باله‌دار برابر با8/5 درجه است.

https://mej.aut.ac.ir/article_5315_c4f815515a184ec190e81da1e8492da7.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 10 2023 12 22 Investigating of the stability and structural, mechanical and electronic properties of two new superhard conductive carbon structures بررسی پایداری و خواص ساختاری، مکانیکی و الکترونیکی دو ساختار رسانای جدید کربنی فوق سخت 1207 1218 5346 10.22060/mej.2024.22431.7617 FA سعید قربانعلی گروه فیزیک، دانشگاه تفرش، تفرش، ایران اسماعیل زمین پیما گروه فیزیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد قزوین، قزوین، ایران Journal Article 2023 05 26 In this research, two new superhard metallic carbon allotropes αC28 and βC32 are predicted using density functional theory (DFT). These stable tetragonal structures belong to the P4/MMM space group. Molecular dynamics simulation performed under canonical ensemble (NVT) to investigate the thermal stability of new αC28 and βC32 carbon crystals at temperatures of 300 and 1000 K, confirms their thermal stability. In addition, we calculated the mechanical coefficients and band gap energy of these two structures to examine their mechanical and electronic stability. These new carbon allotropes are composed of sp2 and sp3 bond hybridization, which shows excellent mechanical properties with Vickers hardness of 45.7 and 47.9 GPa. Other mechanical properties of these crystals such as bulk modulus (265.8, 284.9), shear modulus (254.7, 273.5), and Young's modulus (579.1, 621.6) also confirm the superhardness of these structures. The results related to the electronic band structures indicate that both structures have metallic properties. The width of both conduction and valance bands for both structures is about 20 eV. The results of calculations show that αC28 and βC32 can be synthesized in the laboratory in the future and will have potential applications in mechanical and electronic devices. در این تحقیق، دو آلوتروپ کربن فوق سخت رسانای جدید αC28 و βC32 با استفاده از نظریه تابعی چگالی پیش‌بینی می‌شود. این ساختارهای چهار ضلعی پایدار متعلق به گروه فضایی P4/MMM هستند. شبیه‌سازی دینامیک مولکولی انجام گرفته تحت آنسامبل کانونیک به منظور بررسی پایداری حرارتی کریستال‌های کربنی جدید αC28 و βC32 در دماهای 300 و 1000 کلوین، پایداری حرارتی آنها را تایید می‌کند. به منظور بررسی پایداری مکانیکی و الکترونیکی این دو ساختار، ضرایب مکانیکی و نوارهای انرژی آنها محاسبه گردید. این آلوتروپ‌‌های کربن جدید از هیبریداسیون پیوندی sp2 و sp3 تشکیل شده است که نشان‌دهندۀ خواص مکانیکی عالی با سختی ویکرز 45/7و 47/9 گیگا پاسکال است. از دیگر خواص مکانیکی این کریستال‌ها می‌توان به مدول حجمی (265/8، 284/9)، مدول برشی (254/7، 273/5) و مدول یانگ (579/1، 621/6) اشاره نمود که تاییدی بر فوق سخت بودن این ساختارها دارد. نتایج مربوط به ساختار نوارهای الکترونیکی نشان می‌دهد که هر دو ساختار دارای خواص رسانایی می‌باشد. پهنای هر دو نوار رسانش و ظرفیت برای هر دو ساختار حدود eV 20 است. نتایج محاسبات نشان می‌دهد که αC28 و βC32 می‌تواند در آینده به صورت آزمایشگاهی سنتز شوند تا کاربردهای بالقوه‌ای در وسایل مکانیکی و الکترونیکی خواهد داشت.

https://mej.aut.ac.ir/article_5346_d87f2dfcf0bac95cd6a312cc4fa0efd4.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 10 2023 12 22 Effect of Build Orientation and Size on the Defects Rate of Stainless Steel 316L Parts Produced by Selective Laser Melting Process تأثیر جهتگیری ساخت و اندازه در میزان نقص قطعات فولادی زنگ‌نزن L316 ساخته‌شده با فرآیند ذوب انتخابی لیزر 1219 1232 5356 10.22060/mej.2024.22323.7630 FA محمد رنجبرکهن دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران امجد سازگار پژوهشکده چرخه سوخت هستهای، پژوهشگاه علوم و فنون هستهای، تهران، ایران 0000-0003-3868-2986 علی پورکمالی انارکی دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران Journal Article 2023 07 05 The correct and optimal selection of selective laser melting process parameters prevents defects such as porosity, incomplete fusion holes, and cracks in the parts. This research focuses on the impact of zero, 45, and 90-degree build orientations, the effect of changing the size of the parts on mechanical properties such as tensile and shear strength, fracture strain, and the number of defects investigated. The built parts were subjected to tensile and shear tests. The fracture zone was investigated using Scanning Electron Microscopy, and existing defects were identified. Tensile test results indicated that larger samples have higher tensile strength than smaller ones. Moreover, samples produced in the zero-degree orientation exhibited higher tensile strength and lower fracture strain. Shear test results also showed that the shear stress strength for small and large samples produced in all orientations is almost the same, and the highest shear strain of failure is related to the samples produced at 45-degree orientation and independent of dimensions. Scanning Electron Microscopy results further demonstrated that the quantity and distribution of spherical holes and incomplete fusion holes in large samples at 90-degree are greater than the samples at other orientations. انتخاب صحیح و بهینه پارامترهای فرآیند ذوب انتخابی لیزر از ایجاد نقص‌هایی چون تخلخل، سوراخ‌های همجوشی ناقص و ترک‌ها در فرآیند ساخت قطعات جلوگیری می‌کند. با وجود تمام مزایای روش فرآیند ذوب انتخابی لیزر، نقص‌های ایجادشده به‌طور مستقیم بر خواص مکانیکی و مقاومت به خستگی قطعات تأثیر منفی می‌گذارد. در این پژوهش، اثر زوایای ساخت صفر، 45 و90 درجه و اثر تغییر اندازه قطعات بر خواص مکانیکی ازجمله استحکام کششی و برشی، کرنش شکست و میزان نقص‌ها بررسی شد. قطعات ساخته‌شده تحت آزمون‌های کشش و برش قرار گرفته و محل شکست با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی و نقص‌های موجود شناسایی شد. نتایج آزمون کشش نشان داد نمونه‌های‌ بزرگتر دارای استحکام کششی بیشتری نسبت به نمونه‌های‌ کوچکتر هستند. همچنین، استحکام کششی بیشتر و کرنش شکست کمتر در نمونه‌های‌ ساخته‌شده در جهت صفر درجه مشاهده شد. نتایج آزمون برش نیز نشان داد استحکام برشی برای نمونه‌های‌ کوچک و بزرگ ساخته‌شده در همه جهات تقریباً یکسان است و بیشترین کرنش برشی شکست مربوط به نمونه‌های‌ 45 درجۀ مستقل از ابعاد می‌باشد. نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز نشان داد که میزان و توزیع حفره‌های کروی و شکاف‌های همجوشی ناقص در نمونه‌های‌ بزرگ ساخته‌شدۀ90 درجه بیشتر از نمونه‌های‌ ساخته‌شده در جهت‌های دیگر است.

https://mej.aut.ac.ir/article_5356_787998bfb9e3c105b97343923b43f3c5.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 10 2023 12 22 Investigating the Effect of Static Pre-Strain on Tension-Compression Mode Properties of Isotropic Magnetorheological Elastomers بررسی تاثیر پیش‌کرنش استاتیکی بر مدول دینامیکی و رفتار تنش-کرنش الاستومر مگنتورئولوژیکال همسانگرد تحت بارگذاری دینامیکی کششی-فشاری 1233 1260 5353 10.22060/mej.2024.22544.7642 FA امیرمسعود علیمردان دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران محمود نوروزی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران مجتبی قطعی دانشکده مهندسی شیمی و مواد، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران محمدباقر نظری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران محمدحسین ایزدی فرد دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران امیرحسین یعقوبی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران Journal Article 2023 07 08 Magnetorheological elastomers are a class of smart materials and possess two unique features, i.e. adjustable hardness and damping capabilities. These characteristics make them widely used in various industrial applications. Hence, understanding their behavior in different systems is necessary. The focus of this work is to study the dynamic behavior of magnetorheological elastomers under different static pre-strains in tension-compression mode. In this study, three isotropic samples were fabricated and their force-deflection features were acquired under harmonic excitation with various strain amplitudes, static pre-strains, frequencies, and magnetic flux densities. Assess the effect of static pre-strain on the dynamic response of the magnetorheological elastomers, studying the effects of other parameters like strains, frequencies, and magnetic flux densities on the dynamic modulus of magnetorheological elastomers, and proposing a novel phenomenological-based model to predict the viscoelastic behavior of magnetorheological elastomers are the innovative aspects of this study. The results showed that the dynamic modulus of magnetorheological elastomers will increase by superimposing the static pre-strain. Furthermore, the relative MR effect decreases when the static pre-strain is applied. The maximum relative MR effect of 288.32% has been achieved at a strain of 4%, a frequency of 7 Hz, and without the application of static pre-strain. امروزه، با توجه به حرکت صنایع در مسیر هوشمندسازی، استفاده از مواد هوشمند در صنعت به طور پیوسته در حال گسترش است. الاستومرهای مگنتورئولوژیکال، از جمله مواد هوشمندی هستند که به دلیل داشتن دو ویژگی مهم یعنی سفتی و میرایی قابل تنظیم، دارای کاربردهای فراوانی در صنعت شده‌اند. با توجه به این مهم، شناخت رفتار و عملکرد این مواد در سیستم‌های مختلف یک امر ضروری می‌باشد. در این پژوهش، با ساخت الاستومرهای مگنتورئولوژیکال و انجام آزمایش کشش-فشار تحت مقادیر مختلفی از فرکانس، کرنش، چگالی شار مغناطیسی و پیش‌کرنش بر روی آنها، به بررسی رفتار این مواد و تحلیل اثر پیش‌کرنش بر مدول دینامیکی و رفتار تنش-کرنش آنها و مدلسازی این رفتار پرداخته می‌شود. ارزیابی اثر پیش‌کرنش بر مدول دینامیکی و رفتار تنش-کرنش، بررسی اثر پارامترهای دیگری چون فرکانس، کرنش و چگالی شار مغناطیسی بر پاسخ دینامیکی این مواد، و ارائه یک مدل جدید با لحاظ کردن اثر پیش‌کرنش برای پیش‌بینی رفتار آنها در شرایط بارگذاری مختلف، از نوآوری‌های مهم این پژوهش به شمار می‌آیند. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می‌دهند که اعمال پیش‌کرنش، باعث افزایش مدول دینامیکی در کلیه حالت‌های بارگذاری می‌شود. علاوه بر آن، مقدار اثر مگنتورئولوژیکال نسبی با اعمال پیش‌کرنش کمتر شده و بیشترین اثر مگنتورئولوژیکال نسبی به میزان 288/32% در کرنش 4%، فرکانس 7 هرتز و بدون اعمال پیش‌کرنش ایجاد می‌شود.

https://mej.aut.ac.ir/article_5353_c7ae5cb6b15d0826209b3b78ba1fd43e.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 55 10 2023 12 22 Finite Element Simulation and Experimental Evaluation of an Ultrasonic Radiator شبیه‌سازی اجزا محدود و ارزیابی عملکرد تجربی رادیاتور ارتعاشی فراصوت 1261 1274 5349 10.22060/mej.2024.22635.7654 FA آریانا اکبری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران رضوان عابدینی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران Journal Article 2023 08 28 In the current research, finite element simulation and experimental tests have been used to design, manufacture, and evaluate the performance of a high-power ultrasonic circular radiator called ultrasonic airborne. The two main goals in the design are to achieve a nominal resonance frequency of 20 kHz in the longitudinal mode shape of the transducer and booster assembly and the flexural mode shape of the circular radiator plate and to remove the disturbing modes from the frequency range of the main mode shape. After designing and manufacturing the sample based on the simulation results, experimental tests consisting of a modal impact test, impedance analysis, and amplitude measurement were performed. Simulation results, including the resonance frequency and position of the node and anti-node, were compared with the experimental results. The experimental test results of the resonance frequency compared with the simulation results, indicate the accuracy of the prediction of the results of the resonance frequency with the designed nominal value (error less than 0.5%). Also, the disturbing mode shapes were at an acceptable distance from the main flexural mode shape of the radiator. Reasonable agreement is achieved between experimental vibration amplitude measurement and finite element simulation predictions (position of the node and anti-node). در پژوهش حاضر از روش شبیه‌سازی اجزاء محدود و آزمون‌های تجربی برای طراحی، ساخت و ارزیابی عملکرد یک مجموعه رادیاتور ارتعاشی فراصوتی توان بالا بهره گرفته شده است. دو هدف اصلی در طراحی دستیابی به فرکانس تشدید نامی 20 کیلوهرتز در شکل مود ارتعاش طولی مجموعه ترنسدیوسر و بوستر و شکل مود خمشی صفحه رادیاتور و دور نمودن شکل مودهای مزاحم از محدوده فرکانسی شکل مود اصلی است. پس از طراحی و ساخت نمونه براساس نتایج شبیه‌سازی، آزمون‌های تجربی تحلیل مودال، آزمون ضربه و تحلیل امپدانسی برای ارزیابی مشخصات عملکردی مجموعه رادیاتور ارتعاشی فراصوت انجام گرفت. جهت صحت‌سنجی، نتایج شبیه‌سازی شامل فرکانس تشدید و موقعیت گره و شکم ارتعاشی با نتایج آزمون تجربی مقایسه شدند. نتایج آزمون‌های تجربی تعیین فرکانس تشدید و مقایسه آن با نتایج شبیه‌سازی (خطای کمتر از 0.5 درصد)، بیانگر دقت پیش‌بینی نتایج و تطابق فرکانس تشدید با مقدار نامی طراحی شده است. همچنین شکل مودهای مزاحم با فاصله قابل قبولی از شکل مود اصلی خمشی رادیاتور قرار داشتند. در نهایت نتایج آزمون اندازه‌گیری دامنه ارتعاشی بیانگر تطابق موقعیت نقاط گره و شکم ارتعاشی در آزمون تجربی با مقادیر شبیه‌سازی اجزاء محدود است.

https://mej.aut.ac.ir/article_5349_ead1240dec24260294552d9f1319464c.pdf