دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 8 2024 10 22 Effect of viscosity stress on the low cycle fatigue of the cylinder head اثر تنش ویسکوزیته بر عمر خستگی کم‌چرخه سرسیلندر 1053 1074 5621 10.22060/mej.2024.23563.7782 FA حجت عاشوری دانشکده مهندسی مکانیک، واحد ورامین-پیشوا، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران 0000-0002-0983-4795 Journal Article 2024 09 29 Loading conditions and complex geometry have led the cylinder head to become the most challenging component in the engine. The cracks in valves in bridge areas are one of the vital durability problems in engines, showing the necessity of the simulation and analysis of fatigue cracks. The present study used the finite element method to analyze the low cycle fatigue (LCF) life. The ANSYS software was also used to predict the temperature, stresses, and LCF life through Morrow theory and nCode Design Life software. The LCF tests were conducted at different temperatures to obtain the mechanical properties of aluminum-silicon-magnesium alloy. The combination of the Chaboche nonlinear isotropic-kinematic hardening model with viscous stress law was used to consider the effect of stress viscosity. LCF tests were simulated by ANSYS software, showing a very good fit between the experimental and simulation results of LCF tests. The results of finite element analysis suggested that the maximum temperature and stress values in the cylinder head were 205.67°C and 83.958MPa. According to the fatigue life analysis results, neglecting the stress viscosity effect led to estimating 105 cycles, or about 5.9% higher than the limit. Therefore, it is necessary to consider the stress viscosity effect in the analysis of the low cycle fatigue life of the cylinder head. یکی از مهمترین مسائل دوام موتور ترک‌های ایجاد شده در پل بین سوپاپ‌های سرسیلندر است. بنابراین شبیه‌سازی و تحلیل ترک‌های خستگی ضروری است. در این پژوهش، تحلیل عمر خستگی کم‌چرخه سرسیلندر با استفاده از روش اجزای محدود و نرم‌افزار انسیس به منظور پیش‌بینی دما و تنش و سپس عمر خستگی کم‌چرخه با استفاده از تئوری مارو و نرم‌افزار ان‌کد دیزاین لایف انجام شده است. از ترکیب الگوی سخت‌شوندگی غیرخطی همگن-سینماتیک چابوچه با قانون تنش ویسکوز به منظور درنظر گرفتن اثر تنش ویسکوزیته استفاده شده است. خواص مکانیکی آلیاژ آلومینیم- سیلیسیم-منیزیم با استفاده از تست‌های خستگی کم‌چرخه در دماهای مختلف بدست آمده است. تست‌های خستگی کم‌چرخه به وسیله نرم‌افزار انسیس شبیه‌سازی شد و نشان داده شد که انطباق بسیار مناسبی بین نتایج تجربی و شبیه‌سازی شده وجود دارد. نتایج تحلیل اجزای محدود نشان داد که ماکزیمم دما و تنش در سرسیلندر 205.67 درجه سانتیگراد و 83.958 مگاپاسکال است. نتایج تحلیل عمر خستگی کم‌چرخه نشان داد که درنظر نگرفتن اثر تنش ویسکوزیته باعث می‌شود که تعداد سیکل‌های گسیختگی 105 سیکل یا حدود 5.9 درصد بیشتر از میزان مجاز تخمین زده شود. بنابراین لازم است اثر تنش ویسکوزیته در تحلیل عمر خستگی کم‌چرخه سرسیلندر درنظر گرفته شود.

https://mej.aut.ac.ir/article_5621_afdfa8aaeb60a3d3ae23b8009de5d82b.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 8 2024 10 22 Bending analysis of composite multilayer doubly-curved shells based on layer-wise theory and using double power series analytical method تحلیل خمشی پوسته‌‌های چندلایه کامپوزیتی دارای دو انحنا بر اساس تئوری لایه‌‌ای و با استفاده از روش تحلیلی سری توانی دوگانه 1075 1098 5622 10.22060/mej.2024.23290.7737 FA سینا منتهایی درگاه گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی و فناوری، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران محمد ملاعلی پور گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی و فناوری، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران Journal Article 2024 07 03 The purpose of this study is to develop and apply the analytical method based on a double power series solution for the analysis of shells. For the first time, composite multilayer doubly curved shells have been analyzed and investigated based on this method. In order to achieve more accurate results for analyses of multilayer structures, it is necessary to use specific theories of multilayer structures. In this study, the Layer-Wise theory has been used to extract the governing differential equations and by using this theory, it is possible to apply the properties of each layer independently. Based on the Layer-Wise theory and using the principle of minimum total potential energy, the governing differential equations of composite multilayer doubly curved shells were extracted as a set of 9 second-order differential equations, and then the double power series solution is used for the first time to solve these equations is developed. To demonstrate the efficiency and accuracy of the presented analysis process, the obtained results have been compared with the results of other studies. The comparison of the results reveals that the presented process for the analysis of composite multilayer doubly curved shells has good agreement with those obtained by other studies Since the studies carried out for the analytical solution of these structures are very limited, the presented method can be used for the analysis of them. هدف از انجام این مطالعه، توسعه و بکارگیری روش تحلیلی مبتنی بر سری توانی دوگانه برای تحلیل پوسته‌ها می‌باشد و برای اولین بار پوسته‌های چندلایه کامپوزیتی دارای دو انحنا بر اساس این روش مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. با توجه به اینکه جهت دست‌یابی به نتایج دقیق‌تر در تحلیل رفتار سازه‌های چندلایه، لازم است تئوری‌های مختص سازه‌های چندلایه مورد استفاده قرار گیرد؛ در این مطالعه از تئوری لایه‌ای برای استخراج معادلات حاکم استفاده شده است تا با استفاده از این تئوری، اعمال خواص هر یک از لایه‌ها بصورت مستقل امکان‌پذیر باشد. براساس تئوری لایه‌ای و با استفاده از اصل کمینه سازی انرژی، معادلات حاکم پوسته‌های چندلایه کامپوزیتی دارای دو انحنا بصورت مجموعه‌ای از 9 معادله دیفرانسیل مرتبه دوم استخراج شدند و سپس روش تحلیلی سری توانی دوگانه برای اولین بار جهت حل این معادلات توسعه داده شد. جهت اثبات کارآیی و دقت روند تحلیل ارائه شده، نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از مطالعات دیگر محققان مقایسه شده است. نتایج مربوط به خیز پوسته‌های سه لایه کامپوزیتی تحت بارگذاری‌های ثایت و نیم سیکل سینوسی ارائه شده است. مقایسه نتایج نشان می‌دهد که روند ارائه شده جهت تحلیل پوسته‌های دوانحنا در حالت چندلایه کامپوزیتی از دقت مناسبی برخوردار بوده و با توجه به اینکه مطالعات انجام شده برای حل تحلیلی این سازه‌ها بسیار محدود می‌باشد می‌تواند جهت تحلیل حالات متنوعی توسط محققین به کار گرفته شود.

https://mej.aut.ac.ir/article_5622_86662ec75943c701a94c94ab8fa5189b.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 8 2024 10 22 Adaptive Terminal Sliding Mode Control for the UAM in the Present of Uncertainty کنترل تطبیقی مد لغزشی نهایی برای بازوی رباتیکی هوایی در حضور عدم قطعیت 1099 1120 5626 10.22060/mej.2025.23502.7771 FA حامد غفاری دانشکده هوافضا، دانشکدگان علوم و فناوری‌های میان رشته‌ای، دانشگاه تهران، تهران محمد علی امیری آتشگاه دانشکده هوافضا، دانشکدگان علوم و فناوری‌های میان رشته‌ای، دانشگاه تهران، تهران Journal Article 2024 09 03 In recent years, flying robots have gained popularity in a new application known as aerial robotic manipulation. This technology performs operations in dangerous and inaccessible environments, significantly reducing costs. However, combining a flying robot with a robotic arm increases system nonlinearity and coupling, leading to challenging control and path-tracking scenarios. There are two main approaches to robotic manipulation control: centralized and decentralized. This paper focuses on the decentralized approach, where the forces and torques from the robotic arm are treated as external disturbances acting on the flying robot. A novel adaptive robust terminal sliding mode controller is employed to implement this decentralized control. The adaptive component estimates the limits of uncertainties and disturbances, ensuring finite-time convergence. Additionally, a backstepping sliding mode controller with a Lyapunov stability guarantee is developed for the flying robot. Finally, a simulation is presented for an unmanned aerial manipulator equipped with a two-degree-of-freedom active robotic arm. The simulation considers mass uncertainties during an oil rig inspection mission. The results demonstrate that the proposed controllers achieve optimal performance, enabling fast and accurate path tracking within a limited time. در سال‌های اخیر، استفاده از ربات‌های پرنده در کاربرد جدید تحت عنوان بازوهای رباتیکی هوایی، به منظور انجام عملیات در محیط‌های خطرناک و غیرقابل دسترس و همچنین کاهش هزینه‌ها، رایج شده است. ترکیب ربات پرنده و بازوی رباتیکی به دلیل افزایش غیرخطی بودن و کوپل شدن سیستم به طور اجتناب ناپذیری باعث ایجاد وضعیت نامساعد کنترلی و ردیابی مسیر می‌شود. دو رویکرد متفاوت در کنترل بازوی رباتیکی مطرح می‌باشد که شامل رویکرد متمرکز و رویکرد غیرمتمرکز است. روش کنترلی مورد استفاده در این مقاله بر اساس رویکرد غیرمتمرکز می‌باشد که در آن، نیروها و گشتاورهای بازوی رباتیکی به صورت اغتشاش خارجی به ربات پرنده اعمال می‌شود. در راستای استفاده از رویکرد غیرمتمرکز، برای کنترل بازوی رباتیکی از کنترلر جدید مقاوم تطبیقی مد لغزشی نهایی که از بخش تطبیقی به منظور تخمین کران‌های عدم قطعیت و اغتشاش استفاده شده و تضمین همگرایی در مدت زمان محدود را داشته است. همچنین از کنترلر مد لغزشی برگشتی برای ربات پرنده با تضمین پایداری لیاپانوف توسعه داده شده است. در نهایت شبیه‌سازی برای ربات پرنده کوادروتور مجهز به بازوی رباتیکی فعال دو درجه آزادی در حضور عدم قطعیت‌های جرمی برای ماموریت مسیر بررسی دکل نفتی نمایش داده شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان دهنده دستیابی به عملکرد مطلوب در ردیابی سریع و دقیق مسیر در مدت زمان محدود با کنترلرهای پیشنهادی می‌باشد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5626_89d97f8e8dd67d38b48d147aacca6b7b.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 8 2024 10 22 Finite-element Simulation of Heat Transfer in Electroslag Welding شبیه‌سازی اجزا محدود انتقال حرارت در فرآیند جوشکاری سرباره الکتریکی 1121 1136 5627 10.22060/mej.2025.23331.7746 FA علی گلدار دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه صعنتی امیرکبیر، تهران، ایران اسلام رنجبرنوده دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه صعنتی امیرکبیر، تهران، ایران عماد چراغی ریزی دانشکده مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه صعنتی امیرکبیر، تهران، ایران Journal Article 2024 07 09 Electroslag welding is widely used in column joints. However, the process of electroslag welding has a higher heat input than other welding processes, which results in dramatic changes in microstructure and mechanical properties, especially grain size and toughness. These connections are very vulnerable when subjected to dynamic loads and earthquakes. Therefore, the study of heat transfers and its effect on the mechanical properties of these joints is important. Considering the importance of this, in the present study, a finite element model is proposed to study the thermal behavior of this process, then the accuracy of the model is measured according to the practical experiments of the microcontroller. For verification, several practical examples of welding were performed and then, to evaluate the size of the pit pool, welded sections of the macrovar were prepared to confirm the assumptions of the model. In the next step, the validated model is used to study the thermal behavior of the system and the distribution of temperature according to the variables of current, voltage and speed. In this regard, due to the complexity of the process, it is not possible to carry out all simulations with software menus, so much of the simulation was written with the language of the ANSYS software. جوشکاری سرباره الکتریکی یک روش اتصال دهی قطعات ضخیم است که حرارت ورودی بیشتری نسبت به سایر فرآیندهای جوشکاری دارا است. این ویژگی باعث تغییرات چشم‌گیر در ریز ساختار و خواص مکانیکی، به خصوص اندازه دانه و چقرمگی می‌شود. بنابراین این اتصالات زمانی که تحت بارهای دینامیکی و زلزله قرار می‌گیرند، بسیار آسیب پذیرند. با توجه به اهمیت ذکر شده، در این پژوهش ابتدا یک مدل اجزا محدود جهت حل مسئله انتقال حرارت حین جوشکاری سرباره الکتریکی ارائه می‌شود. به دلیل پیچیدگی‌های فر‌آیند امکان انجام تمام شبیه‌سازی با منوهای نرم افزار وجود ندارد، بنابراین بخش اعظم شبیه سازی با زبان طراحی پارامتریک نرم افزار انسیس نوشته می‌شود. در مدل اجزا محدود، منبع حرارتی به صورت یک شار حرارتی حجمی با دانسیته یکنواخت فرض می‌شود و با لحاظ کردن تقارن صفحه ای و مدل‌سازی نیمی از نمونه جوشکاری، سهولت حل مسئله انتقال حرارت به شکل چشمگیری افزایش می‌یابد. سپس صحت مدل مذکور به کمک آزمایش‌های تجربی و ارزیابی اندازه حوضچه جوش سنجیده ﻣﻲشود. در گام بعد، از مدل صحه‌گذاری شده جهت بررسی رفتار حرارتی سیستم و نحوه توزیع دما به عنوان تابعی از متغیرهای شدت جریان، ولتاژ و سرعت جوشکاری استفاده ﻣﻲشود. مدل اجزا محدود به درستی رابطه حرارت ورودی، متغیرهای فرایند، خواص مواد و درجه حرارت سرباره را نشان می‌دهد. همچنین مقایسه ابعاد حوضچه جوش مدل‌سازی شده و حقیقی ثابت می‌کند که حداکثر اختلاف کمتر از 13 درصد است.

https://mej.aut.ac.ir/article_5627_6c430e3f8dd40b7a4f2acaa65a9f3ba0.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 8 2024 10 22 Numerical study of flammability limits of premixed combustion of ammonia-methane mixture in a porous media burner مطالعه عددی حدود شعله‌وری احتراق پیش آمیخته مخلوط آمونیاک-متان در یک مشعل محیط متخلخل 1137 1158 5656 10.22060/mej.2025.23391.7755 FA مهدی سپه وند دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران سید عبدالمهدی هاشمی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران علی عارف منش دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران Journal Article 2024 07 31 This study numerically examines how equivalence ratio, inlet velocity, and ammonia-to-methane ratio in fuel impact flammability limits and flame temperature distribution in an ammonia-methane mixture within a porous burner. The research employed the finite volume method in Fluent 22 software with a chemical kinetic model featuring 69 species and 389 reactions. Furthermore, as the equivalence ratio increases from 0.7 to 1, the minimum inlet velocity for the lower flammability limit rises by 57% (from 0.1 to 0.163 m/s), and the maximum inlet velocity for the upper flammability limit rises by 63% (from 0.14 to 0.244 m/s). For a fixed equivalence ratio, increasing ammonia percentage lowers peak gas and solid temperatures. Additionally, the widest ammonia range occurs at an equivalence ratio of 1 (10% to 100%), whereas at an equivalence ratio of 1.4, the range narrows to 10%–30%. هدف از مطالعه حاضر بررسی عددی اثر پارامترهای نسبت هم‌ارزی، سرعت ورودی و نسبت آمونیاک به متان در سوخت ورودی، بر حدود شعله‌وری مشعل و توزیع دمای شعله مخلوط آمونیاک- متان در یک مشعل محیط متخلخل است. بدین منظور از روش حجم محدود و به‌صورت عددی با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت 22 و یک سینتیک شیمیایی شامل 69 گونه و 389 واکنش استفاده‌شده است. نتایج نشان داد، با افزایش نسبت هم‌ارزی تا 1، بیشینه دمای فاز گاز و جامد افزایش و بعدازآن کاهش می‌یابد. همچنین در سرعت ورودی مختلف،با افزایش نسبت هم ارزی تا 1/1، موقعیت ناحیه شعله به سمت بالادست مشعل حرکت می‌کند و بعدازآن ناحیه شعله به سمت پایین‌دست حرکت می‌کند. همچنین مشاهده شد با افزایش نسبت هم‌ارزی از 0/7 به 1، حداقل سرعت ورودی برای حد پایین حدود شعله‌وری به ترتیب از 0/1 به 0/163 متر بر ثانیه یعنی معادل 57% افزایش و حداکثر سرعت ورودی برای حد بالای حدود شعله‌وری به ترتیب از 0/14 به 0/244 متر بر ثانیه یعنی معادل 63% افزایش می‌یابد. در نسبت هم‌ارزی ثابت با افزایش درصد آمونیاک، دمای بیشینه فاز گاز و جامد کاهش می‌یابد. همچنین با تغییر هم‌زمان نسبت هم‌ارزی و درصد آمونیاک، بیشترین و کمترین بازه استفاده از آمونیاک در نسبت هم‌ارزی 1 بین 100%-10% و نسبت هم‌ارزی 1/4 بین 30%-10% مشاهده شد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5656_c99d5392735e06c6acfd183a5fb9dc8c.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 8 2024 10 22 Comparison of Weighted Essentially non-Oscillatory Schemes for Long Time Marching of the Wave Equation مقایسه روش‌های ضرورتاً غیرنوسانی وزن‌دار در پیمایش زمانی بلند مدت برای معادله موج 1159 1182 5655 10.22060/mej.2025.23450.7763 FA حسین محمودی داریان دانشکده علوم مهندسی دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران. Journal Article 2024 08 18 Weighted essentially non-oscillatory schemes are among the most successful methods in numerical solutions to problems involving discontinuities. Since the accuracy of these schemes mostly depends on their weights, various methods have been proposed to improve the weights. Although some numerical experiments show that the introduced improvements have some drawbacks, there is no suitable criterion to show which of them is superior to the others. In this study, we introduce a new way of assessing the performance of weighted essentially non-oscillatory schemes: the schemes' performance in the long-time integration. This assessment can show the endurance of the scheme in preserving its maximum accuracy, which cannot be identified in a short time. Several methods from the literature are considered and is tested for the fifth, seventh, and ninth-order schemes. First, the third- and fourth-order Runge-Kutta schemes are used for the time integration. The results show the third- and fourth-order Runge-Kutta schemes have a very small effect on the results even for long-time integration. In contrast, increasing the order of the spatial accuracy has a significant effect on the accuracy of the results. Furthermore, it can be observed that the parameters that have negligible effects on the results in the short time have considerable effects on the accuracy of the results in the long time, and choosing a proper value for them is crucial to obtain reasonable accurate results. روش‌های ضرورتاً غیرنوسانی وزن‌دار از موفق‌ترین روش‌ها در حل عددی مسائل شامل ناپیوستگی‌ها هستند. از آنجا که دقت این روش‌ها وابسته به وزن‌های‌شان است، روش‌های مختلفی جهت بهبود وزن‌ها ارائه شده است. برخی آزمایش‌های عددی نشان می‌دهد که بهبودهای معرفی شده دارای مشکلاتی هستند. با این حال معیار مناسبی برای اینکه کدام یک از این بهبودها نسبت به سایرین برتری دارد، وجود ندارد. در این پژوهش زاویه جدیدی برای بررسی عملکرد روش‌های ضرورتاً غیرنوسانی وزن‌دار معرفی می‌کنیم که آن عملکرد روش‌ها در انتگرال‌گیری زمانی طولانی مدت است. این بررسی می‌تواند تاب آوری روش را در حفظ حداکثر دقت مشخص نماید. مسأله‌ای که در کوتاه مدت قابل شناسایی نیست. چندین روش مختلف که برای بهبود وزن‌ها در مقالات ارائه شده‌اند برای این بررسی در نظر گرفته و هر یک از آنها برای روش‌های مرتبه پنجم، هفتم و نهم آزموده می‌شوند. در ابتدا برای انتگرال‌گیری زمانی از دو روش رونگه-کوتای مرتبه سوم و چهارم استفاده می‌گردد. نتایج نشان می‌دهد که استفاده از روش‌های رونگه-کوتای مرتبه سوم و مرتبه چهارم تفاوت بسیار ناچیزی در نتایج حتی در طولانی مدت دارد. اما افزایش مرتبه دقت مکانی، تأثیر چشمگیری بر دقت نتایج حاصل دارد. همچنین مشاهده می‌شود پارامترهایی که در کوتاه مدت نقش آنها بسیار ناچیز است، در طولانی مدت اثر چشمگیری بر دقت نتایج دارند و انتخاب مقدار مناسب برای آنها جهت به دست آوردن نتایج دقیق ضروری است.

https://mej.aut.ac.ir/article_5655_7d2d107c51a6ab39b559514fe9b81c66.pdf