دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 10 2024 12 21 Ensemble Learning based Model for Multi-Sensor Vibration Data Fusion in Gearbox Diagnosis مدل مبتنی بر یادگیری جمعی برای ترکیب داده‌های ارتعاشی چند حسگر در عیب‌یابی جعبه‌دنده 1329 1354 5684 10.22060/mej.2025.23606.7787 FA حسام الدین ارغند گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران، امیرحسین خیبری‌نژاد گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران، Journal Article 2024 10 17 This study investigates recorded vibration signals from a laboratory gearbox to assess health condition and identify fault types, using a proposed ensemble-based machine learning algorithm. A single-stage gearbox was designed and tested in laboratory under four healththe states: no faults, tooth root crack, tooth breakage, and pitting on the tooth, across varying loads and speeds. Vibration was recorded at six points. Totally 792 signals (6 signals from 132 tests) were collected. For the data from each sensor, a support vector machine (SVM) classifier with a linear kernel was trained. Next, fault detection accuracy was assessed and compared for each transducer individually. A new data fusion algorithm, inspired by random forest (RF), was developed to combine data from the six sensors. The results showed that the proposed ensemble algorithm provides higher detection accuracy rather than the individual classifiers for each sensor. In addition, a novel method is introduced to estimate the confidence level (CL) of the classification by the proposed algorithm. In addition, it is demonstrated that the proposed algorithm can effectively diagnose faults with incomplete data (regardless of how many sensors are used from the total of six). As expected, using data from fewer sensors resulted in reduced accuracy and CL. در پژوهش حاضر سیگنال‌های ثبت شده از یک جعبه‌دنده آزمایشگاهی به‌منظور شناسایی وضعیت سلامت و نوع عیوب، توسط الگوریتم نوین پیشنهاد شده مبتنی بر یادگیری جمعی (الهام گرفته شده از الگوریتم جنگل تصادفی) مورد مطالعه قرار گرفته است. به همین جهت، یک جعبه‌دنده آزمایشگاهی یک مرحله‌ای طراحی و ساخته شده و در چهار وضعیت سلامت مختلف با شرایط کاری متنوع آزمایش شده است. ارتعاشات در 6 نقطه-جهت ثبت گردیده و در مجموع ۷۹۲ سیگنال اندازه‌گیری شده است. برای داده‌های ثبت شده توسط هر حسگر یک طبقه‌بند ماشین بردار پشتیبان با کرنل خطی آموزش داده شده و دقت تشخیص عیوب توسط داده‌های هر یک از حسگر‌ها (به صورت جداگانه) استخراج و مقایسه شده است. سپس یک الگوریتم جدید برای ترکیب داده‌های 6 حسگر توسعه داده شده است. نتایج نشان می‌دهد که الگوریتم پیشنهادی دقت تشخیص بالاتری نسبت به طبقه‌بندهای ساخته شده از هر حسگر‌ دارد. همچنین روشی برای محاسبه سطح اطمینان تشخیص الگوریتم پیشنهادی نیز ارائه گردیده است. نشان داده شده است که روش پیشنهادی می‌تواند با در دست داشتن داده‌های کمتر (هر تعداد حسگر از مجموع 6 حسگر) نیز برای هدف عیب‌یابی به کار رود و در این صورت، مطابق انتظار دقت و سطح اطمینان تشخیص‌های آن کاهش می‌یابد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5684_2fd9889e7e3e80865abc946c9658e88a.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 10 2024 12 21 Heat Transfer Analysis of a Catalytic Monopropellant Thruster Under the Influence of Wall Thickness تحلیل انتقال حرارت یک رانشگر تک‎مولفه‎ کاتالیستی تحت تاثیر ضخامت دیواره 1355 1376 5685 10.22060/mej.2025.23659.7795 FA محمد رضا سلیمی گروه علوم فضایی، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم تحقیقات و فناوری، تهران، ایران حدیثه کریمایی گروه علوم فضایی، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم تحقیقات و فناوری، تهران، ایران Journal Article 2024 11 09 Thermal control of a space system is essential for optimal performance and mission success. In this paper, the decomposition chamber of a catalytic monopropellant thruster has been numerically simulated at the pore scale. The effect of this wall thickness, 1-5 mm, on radiation heat transfer and conduction has been investigated. The importance of the maximum temperature in the structural considerations of the thruster, on the one hand, and the increase in the weight of the thruster due to the increase in the thickness of the wall to reduce the maximum temperature on the other hand, make the simultaneous evaluation of these parameters inevitable. The results showed that as the thickness of the wall increases, a significant drop up to about three times in the radiation heat flux has occurred. The dominant type of heat transfer in the current problem is conduction. The heat soak back upstream is up to 1000 times greater than the intensity of radiative heat transfer. Increasing the thickness of the wall causes an increase in the heat soak back on the thermal control system. The novelty is to investigate the geometric shape and wall thickness of a catalytic monopropellant thruster on the rate of radiation and conduction heat transfer to the upstream parts. کنترل ‌حرارتی یک سامانه فضائی برای عملکرد بهینه و موفقیت در مأموریت ضروری است. در این مقاله، محفظه تجزیه یک رانشگر تک ‎پیشرانه‏ هیدرازینی، در مقیـاس دانه‌‌های تشکیل دهنده بستر کاتالیستی، بصورت عددی شبیه‌سازی شده است و تاثیر ضخامت پوسته، از 1 تا 5 میلی‎متر، بر روی انتقال حرارت تشعشع، هدایت و توزیع دمای رانشگر و دیگر پارامترهای عملکردی رانشگر بررسی شده است. اهمیت بیشینه دما در ملاحظات سازه‏ای رانشگر از یک سو و افزایش وزن رانشگر در پی افزایش ضخامت پوسته با هدف کاهش بیشینه دما از سوی دیگر، ارزیابی همزمان این پارامترها را اجتناب ناپذیر می‏ کند. نتایج نشان داد با افزایش ضخامت پوسته، افت چشمگیر شار حرارتی تشعشع تا حدود سه برابر اتفاق افتاده است. جنس انتقال حرارت غالب در مسئله فعلی، از نوع هدایتی می باشد. میزان حرارت نشت کرده هدایتی به بالادست، نسبت به شدت انتقال حرارت تشعشعی از مرتبه تا 1000 برابر بزرگتر است. در نتیجه از این منظر، افزایش ضخامت پوسته سبب افزایش بار مزاحم حرارتی بر روی سامانه کنترل حرارت به دلیل نشت حرارت می‏ گردد. نوآوری تحقیق حاضر بررسی شکل هندسی و ضخامت دیواره رانشگر تک مولفه هیدرازینی شامل محفظه تجزیه و نازل، روی میزان انتقال حرارت تشعشع و هدایت به قطعات بالادست محفظه می‌باشد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5685_e2ad045e3ade6451c677e9a04f9575f5.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 10 2024 12 21 Modeling and Thermodynamic Analysis of Vacuum Crystallizer with Heat Pump مدل‌سازی و تحلیل ترمودینامیکی بلورساز تحت خلا با گرمایش پمپ حرارتی 1377 1398 5687 10.22060/mej.2025.23430.7770 FA امیر مهردار دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران محسن نظری دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران مصطفی نظری دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران مریم رمضانی بازان دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران Journal Article 2024 08 29 In this article, a forced circulation crystallizer under a vacuum, which consists of crystallizer, pump, and heat exchanger, is proposed for the purpose of providing fresh water for consumption. To simultaneously supply the heating load of the crystallizer and also to distill the water vapor coming out of the crystallizer, a heat pump has been used as a new method. A laboratory set is designed and built to demonstrate the feasibility of the proposed system, which includes a forced circulation crystallizer cycle. The average error percentage between the laboratory and simulation results was reported as 4.8%. The results indicate that by changing the inlet temperature and pressure of the crystallizer, the rate of salt crystal production and freshwater production increases by 0.65 and 19.81 kg/h, respectively. Electric energy consumption also decreases with the increase of feed water inlet temperature and the heat capacity of the heat exchanger, and the lowest amount of electric energy consumption occurs at the temperature of 50 degrees Celsius, the pressure of the crystallizer is 0.085 bar, and the heat capacity of the heat exchanger is 13.25 kw. در این مقاله، یک بلورساز گردش اجباری تحت خلأ که از بلورساز، پمپ و مبدل حرارتی تشکیل شده است، باهدف تأمین آب شیرین مصرفی پیشنهاد داده شده است. به‌منظور تأمین هم‌زمان بار گرمایش بلورساز و همچنین برای تقطیر بخار آب خروجی از بلورساز، از پمپ حرارتی به‌عنوان روشی جدید استفاده شده است. یک مجموعه آزمایشگاهی برای نشان‌دادن امکان‌سنجی سیستم پیشنهادی طراحی و ساخته شده که مجموعه شامل سیکل بلورساز گردش اجباری است. میانگین درصد خطا بین نتایج آزمایشگاهی و شبیه‌سازی صورت‌گرفته، 4/8 درصد گزارش شد. نتایج حاکی از آن است که با تغییر دمای ورودی و فشار بلورساز، نرخ تولید کریستال نمک و آب شیرین تولیدی به ترتیب به مقدار 0/65 و 19/81 کیلوگرم بر ساعت افزایش می‌یابد. مصرف انرژی الکتریکی نیز با افزایش دمای ورودی آب تغذیه و ظرفیت گرمایی مبدل حرارتی کاهش می‌یابد و کمترین میزان مصرف انرژی الکتریکی در دمای 50 درجه سانتی‌گراد، فشار بلورساز 0/085 بار و ظرفیت گرمایی مبدل حرارتی 13 کیلووات رخ می‌دهد.

https://mej.aut.ac.ir/article_5687_293a2870a8310985e2fd6890882f74fb.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 10 2024 12 21 Numerical investigation of thermal comfort conditions for a human in a room equipped with a ceiling radiant cooling system بررسی عددی شرایط آسایش حرارتی انسان در یک اتاق مجهز به سامانه سرمایشی سقفی تابشی 1399 1428 5688 10.22060/mej.2025.23738.7808 FA محمد علیپور دهسری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران امین حقیقی پشتیری دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران Journal Article 2024 12 09 In this study, the cooling conditions and thermal comfort in a room occupied by humans and equipped with a radiant ceiling cooling system were numerically investigated. The simulations were conducted for the hottest day of the average 10-year period in Tehran and in four geographical orientations. Low-Reynolds k-ε models, discrete ordinates, and ray tracing were used to analyze airflow, radiation, and solar radiation, and thermal comfort conditions were evaluated using the Fanger model. The results showed that in the room with a western external wall, the maximum cooling load occurs at 14:00, and the ceiling temperature should be set at approximately 12°C. However, when using clear glass, this temperature must be reduced to 7°C, requiring 27% more cooling load. Coated glass improved the PMV index and reduced dissatisfaction; in the western wall, PMV decreased from 0.5 to 0.32, and dissatisfaction decreased from 10.2% to 7.1%. Dissatisfaction due to vertical temperature differences was less than 3%, but for warm floors in eastern and western walls with clear glass, it reached 25.1% and 25.5%, respectively. Dissatisfaction due to the draft rate was less than 10% in all cases. در این مطالعه، شرایط سرمایش و آسایش حرارتی در اتاقی شامل انسان و مجهز به سامانه سرمایش سقفی تابشی، به‌صورت عددی بررسی شده است. شبیه‌سازی‌ها برای گرم‌ترین روز میانگین 10 سال اخیر تهران و در چهار جهت جغرافیایی انجام شد. از مدل‌های k-ε با رینولدز پایین، مختصات گسسته و ری‌تریسینگ برای تحلیل جریان هوا، تشعشع و تابش خورشید استفاده شد و شرایط آسایش حرارتی با مدل فنگر ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که در اتاق با دیوار خارجی غربی، بیشترین بار سرمایی در ساعت 14 رخ می‌دهد و دمای سقف باید حدود °C12 تنظیم شود، که در صورت استفاده از شیشه شفاف، این دما باید به °C7 کاهش یافته و 27 درصد بار سرمایی بیشتری نیاز است. شیشه پوشش‌دار موجب بهبود شاخص پی‌ام‌وی و کاهش نارضایتی شد؛ در دیوار غربی، پی‌ام‌وی از 0/5 به0/32 و نارضایتی از 10/2 به 7/1 درصد کاهش یافت. نارضایتی ناشی از اختلاف دمای عمودی کمتر از 3 درصد بود، اما برای کف گرم در دیوارهای شرقی و غربی با شیشه شفاف به 25/1 و 25/5 درصد رسید. نارضایتی ناشی از نرخ کوران نیز در تمامی حالات کمتر از 10 درصد بود.

https://mej.aut.ac.ir/article_5688_76dbbb40e15a8e3af033448d95aa88cc.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 10 2024 12 21 Comprehensive Dynamic Modeling and Characterization of a Piezoelectric Droplet Dispenser مدل‌سازی دینامیکی جامع و تحلیل رفتار سامانه تزریق قطره سیال به کمک پیزوالکتریک 1429 1450 5689 10.22060/mej.2025.23611.7788 FA پویا فیروزی راد دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران حامد غفاری راد دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران سیدمهدی رضاعی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران Journal Article 2024 10 19 Piezoelectric dispensers are widely applicable devices across many industries. However, their electromechanical structure often poses complexity in dynamic modeling. The interplay of many components especially compliant mechanisms and piezoelectric actuators makes modeling of the system challenging. In this study, the components of the system have been modeled individually and coupled together to predict the system behavior. For analyzing the bridge-type compliant mechanism, an appropriate method is proposed to model the structure with limited states. The mentioned method can predict the component behavior without sacrificing the precision which makes it ideal for coupling with other components dynamics. Additionally, a non-linear modeling approach is introduced to capture the piezoelectric non-linear hysteresis behavior. Finally, by coupling the whole system dynamic, a comprehensive model is reached. The model developed for the compliant mechanism is individually validated by FEM software and experiments to prove the accuracy. The hysteresis nonlinear model is also identified and validated with the experiments with R squared exceeding 0.98. The entire coupled dynamics of the electromechanical system are identified and tested across several input frequencies. R-squared values exceed 0.95 for all input frequencies, affirming the accuracy of the dynamic model. سامانه‌های تزریق قطره سیال مبتنی بر پیزوالکتریک، به‌عنوان دستگاه‌های کاربردی در بسیاری از صنایع استفاده می‌شوند. بااین‌حال، ساختار الکترومکانیکی آن‌ها اغلب پیچیدگی‌هایی در مدل‌سازی دینامیکی ایجاد می‌کند که ناشی از تعامل بین اجزای مختلف، به‌ویژه مکانیزم‌های منعطف و عملگرهای پیزوالکتریک است. در این مطالعه، اجزای سیستم به‌صورت جداگانه مدل‌سازی و با هم ترکیب شده‌اند، تا رفتار سیستم پیش‌بینی شود. برای تحلیل مکانیزم منعطف نوع پل، روشی مناسب پیشنهاد شده تا ساختار را با حالت‌‌های محدود مدل‌سازی کند. این روش می‌تواند رفتار اجزا را بدون کاهش دقت پیش‌بینی کند که آن را برای ترکیب با دینامیک سایر اجزا ایده‌آل می‌سازد. علاوه بر این، یک رویکرد مدل‌سازی غیرخطی معرفی شده است، تا رفتار هیسترزیس غیرخطی پیزوالکتریک را شناسایی نماید. در نهایت، با ترکیب کل دینامیک سیستم، یک مدل جامع به دست می‌آید. مدل توسعه‌یافته برای مکانیزم منعطف، به‌صورت مجزا توسط نرم‌افزار المان محدود و آزمایش‌های تجربی صحه‌‌گذاری شده است، تا دقت آن اثبات شود. مدل هیسترزیس غیرخطی نیز شناسایی و با آزمایش‌های تجربی صحه‌گذاری شده و مقدار ضریب تعیین آن بالای 0/98 محاسبه شده است. دینامیک جامع سیستم الکترومکانیکی، در فرکانس‌های ورودی مختلف شناسایی و آزمایش شده و مقادیر ضریب تعیین بالای0/95 برای تمام فرکانس‌های ورودی به‌دست‌آمده است، که دقت مدل دینامیکی را تأیید می‌نماید. به‌طورکلی، مدل توسعه‌یافته در طراحی و بهینه‌سازی دستگاه‌های تزریق قطره سیال پیزوالکتریک و همچنین در طراحی سیستم‌های کنترلی کاربردی است.

https://mej.aut.ac.ir/article_5689_7f1a02d183593c04cc21599dd6f791d4.pdf

دانشگاه صنعتی امیرکبیر نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر 2008-6032 56 10 2024 12 21 Investigation of the performance of multi-cellular energy absorbers with functionally graded thickness under impact loading بررسی عملکرد جاذب‌های انرژی چند سلولی باضخامت متغیر تحت بار ضربه‌ای 1451 1472 5691 10.22060/mej.2025.23763.7810 FA سعید فعلی گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران. محمدحسین کیانی گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران. سید سجاد جعفری گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی همدان، همدان، ایران Journal Article 2024 12 20 In recent years, multi-cellular structures have gained significant attention as energy absorbers in automotive engineering to mitigate occupant injuries in collisions. This paper investigates the energy absorption of square shape thin-walled structures with constant thickness and functionally graded thickness under dynamic axial impact loading using both analytical and numerical methods. Four types of square profiles, including single-cell, two-cell, four-cell, and five-cell profiles, were studied. Simulations were conducted using the Finite Element Analysis Abaqus software to obtain force-displacement and energy-time curves. In the analytical method, equations for absorbed energy and axial collapse force were derived based on the folding theory and extended to profiles with functionally graded thickness. There is good agreement between analytical and numerical methods. Results of the analytical and numerical methods showed that five-cell profiles performed significantly better than single-cell profiles. In numerical simulations and analytical solutions, five-cell profiles absorbed 66% and 56% more energy, respectively, compared to single-cell profiles in both constant and functionally graded thickness conditions. The average collapse force in the analytical method was compared with numerical results, and the computational error was less than 9%. در سال‌های اخیر، سازه‌های چند سلولی به‌عنوان جاذب انرژی در مهندسی خودرو، برای کاهش آسیب به سرنشینان در تصادفات، موردتوجه قرارگرفته‌اند. در این مقاله، جذب انرژی سازه‌های جدار نازک مربعی باضخامت متغیر (هدفمند) تحت بار ضربه‌ای دینامیکی محوری به روش‌های تحلیلی و عددی بررسی‌شده‌اند. چهار نوع پروفیل مربعی شکل، شامل پروفیل‌های تک، دو، چهار و پنج سلولی باضخامت ثابت و متغیر موردبررسی قرارگرفته‌اند. شبیه‌سازی‌ها در نرم‌افزار اجزا محدود آباکوس انجام شد تا نمودارهای نیرو برحسب جابجایی و انرژی برحسب زمان به دست آید. در روش تحلیلی، معادلات انرژی جذب‌شده و نیروی فروریزش محوری بر اساس تئوری چین‌خوردگی استخراج شدند و به پروفیل‌های باضخامت متغیر تعمیم داده شدند. نتایج نشان دادند که پروفیل‌های پنج سلولی به‌طور قابل‌توجهی بهتر از پروفیل‌های تک‌سلولی عمل می‌کنند. در شبیه‌سازی‌های عددی و حل تحلیلی، پروفیل‌های پنج سلولی به ترتیب 66 و 56 درصد انرژی بیشتری نسبت به پروفیل‌های تک‌سلولی در حالت‌های ضخامت ثابت و متغیر جذب کردند. میانگین نیروی فروریزش در روش تحلیلی با نتایج عددی مقایسه شد و خطای محاسباتی کمتر از 9 درصد بود.

https://mej.aut.ac.ir/article_5691_1f90cb2fca1aace4a9788330f0510322.pdf