فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال شانزدهم شماره 11 (بهمن 1395)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال شانزدهم شماره 11 (بهمن 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/10/20
  • تعداد عناوین: 47
|
  • مقاله پژوهشی کامل
  • امیر نجات*، حمیدرضا کاویانی صفحات 1-11
    در این مقاله یک روش بهینه سازی آیرودینامیکی سریع و کارآمد برای توربین های بادی کلاس مگاوات ارائه شده است. برای این منظور توربین بادی دبلیوپی-پایه با توان خروجی نامی 1.5 مگاوات به عنوان مورد آزمون استفاده می شود. در این تحقیق از روش بهینه سازی ازدحام ذرات استفاده شده است. برای افزایش کارآیی و سرعت چرخه بهینه سازی مطالعه پارامتری بر روی روش بهینه سازی ازدحام ذرات انجام شده است. برای محدود کردن تعداد متغیرها از روش انتقال تابع کلاس/تابع شکل برای پارامتری نمودن هندسه پره استفاده شده و درجه مناسب چند جمله ای توابع شکل برای ایرفویل اس-818، اس-825 و اس-826 تعیین شده است. روش بهینه شده اندازه حرکت المان پره برای برآورد توان خروجی توربین باد در چرخه بهینه سازی استفاده می شود. بدین منظور ابتدا اعتبار این روش بوسیله مقایسه با داده های تجربی و داده های دینامیک سیالات محاسباتی توربین آ-او-سی مورد بررسی قرار می گیرد.
    داده های آیرودینامیکی مورد نیاز برای روش بهینه شده اندازه حرکت المان پره با استفاده از نرم افزار ایکس فویل بدست می آید. داده های خروجی نرم افزار ایکس فویل و دینامیک سیالات محاسباتی برای ضریب فشار ایرفویل با استفاده از داده های تجربی اعتبار سنجی شده است. زاویه پیچش، وتر و 3 نوع ایرفویل مورد استفاده برای تمام بخش های پره های توربین بهینه سازی شده است. بهینه سازی با استفاده از قیود واقع بینانه انجام شده است. عملکرد هندسه بهینه سازی شده نهایی از طریق معادلات حالت پایای تراکم ناپذیر ناویر-استوکس همراه با مدل آشفتگی انتقال تنش برشی شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهند که حدود 4 درصد افزایش توان برای توربین بدست آمده است.
    کلیدواژگان: بهینه سازی، آیرودینامیک، الگوریتم ازدحام ذرات، توربین بادی محور افقی
  • مهران سعادتی نسب، مرتضی عنبرسوز*، محمد پسندیده فرد صفحات 12-22
    بررسی عددی تاثیر امواج دریا بر سازه های دریایی و همچنین تجهیزات طراحی شده برای جذب انرژی امواج، نیازمند تولید موج مورد نظر با ویژگی های مشخص می باشد. در این پژوهش، یک روش عددی برای تولید امواج نامنظم کاملا غیر خطی با فرض جریان لزج با حل کامل معادلات ناویر استوکس ارائه شده است. برای این منظور، برای مدلسازی حرکت موج ساز باله ای در درون آب از روش حوزه حل مجازی و برای ردیابی سطح آزاد سیال از روش نسبت حجمی سیال و همچنین برای میرا کردن امواج بازگشتی از انتهای حوزه حل، از روش افزایش ویسکوزیته سیال در این ناحیه استفاده شده است. مدل عددی به کار گرفته شده در این پژوهش بر مبنای روش حجم کنترل بوده و از روش گام زمانی جزئی دو مرحله ای برای جداسازی معادلات پیوستگی و مومنتوم استفاده شده است. در ابتدا پیشینه ی پژوهشی روش های مختلف تولید امواج به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته و در گام بعدی، برای نشان دادن قابلیت های روش عددی توسعه یافته، سه موج با ارتفاع و تیزی متفاوت مدلسازی شده است. نتایج نشان می دهد که روش عددی مورد استفاده به خوبی می تواند امواج نامنظم مختلف خطی تا کاملا غیر خطی با تیزی زیاد را مدلسازی کند. علاوه بر این می توان با استفاده از روش ارائه شده، امواج مورد نظر در آب های کم عمق و عمیق را با دقت خوبی مدلسازی کرد.
    کلیدواژگان: امواج نامنظم، نسبت حجمی سیال، حوزه حل مجازی، موج ساز باله ای
  • دانیال حکیمی راد، بهروز محمدکاری، مهدی معرفت* صفحات 23-34
    امروزه در بیشتر ساختمان ها از پنجره های نوین با درزبندی استاندارد استفاده می شود. مطالعه نفوذ هوا و درزبندی این پنجره ها از چندین دیدگاه همچون مصرف انرژی، کیفیت هوا، آسایش حرارتی و ورود آلودگی به ساختمان اهمیت دارد. در این پژوهش که از دو بخش کلی تشکیل می شود، ابتدا به صورت تجربی عملکرد هوابندی درزبندهای مختلف پنجره بررسی شده است. بدین منظور با استفاده از 8 نوع درزبند مختلف و شبیه سازی درز پنجره های نوین، نرخ نفوذ هوا در اختلاف فشارهای مختلف اندازه گیری شده است. نتایج نشان می دهد که درزبندهای مختلف عملکرد هوابندی متفاوتی دارند. همچنین با برازش نتایج تجربی توسط رابطه توانی، روابط و ضرایب محاسبه نرخ نفوذ هوا از درز پنجره های نوین (درزبندی شده) به دست آمد. در بخش دوم پژوهش با توجه به نرخ بسیار کم نفوذ هوا حاصل از نتایج تجربی، به روش مدل سازی عددی، کیفیت هوا در فضای داخلی ساختمان ارزیابی شده است. در فضای نمونه، نفوذ هوا از پنجره های نوین به عنوان تهویه و تنفس انسان به عنوان منبع تولید CO2 شبیه سازی شده است. کیفیت هوا براساس غلظت CO2 در فضای داخلی سنجیده می شود. نتایج نشان می دهد که نفوذ هوا از درز پنجره برای تامین کیفیت هوا در دوره 8 ساعته کافی نیست. در ادامه با فرض توزیع غلظت یکنواخت CO2 در فضای نمونه، و حل معادله انتقال گونه برای شرایط مسئله، رابطه تحلیلی برای ارزیابی کیفیت هوای داخل بدست آمد که کاملا بر نتایج شبیه سازی عددی منطبق است. نتایج حاصل از این پژوهش می تواند برای استفاده مهندسین طراح بسیار مفید باشد.
    کلیدواژگان: نفوذ هوا، پنجره های نوین، درزبندی، کیفیت هوا، غلظت دی اکسید کربن
  • رحمن سیفی*، حسین حکیمی صفحات 35-44
    در این تحقیق رشد ترک‏های سطحی خارجی در استوانه های اتوفرتاژ شده تحت بارگذاری خستگی خمشی، مورد بررسی قرار گرفته است. اتوفرتاژ فرآیندی است که در آن استوانه‏ جدار ضخیم در معرض مقدار معینی فشار داخلی قرار می‏گیرد، به طوری که قسمتی از جداره داخلی آن وارد ناحیه پلاستیک می‏شود. در این حالت برداشتن فشار باعث ایجاد تنش پسماند فشاری در جداره داخلی و تنش پسماند کششی در جداره بیرونی استوانه می‏گردد. در این مقاله، ترک‏ها از نوع ترک‏های نیم‏بیضوی، نیم‏بیضوی معکوس و نیم دایره‏ای می‏باشند. ماده مورد استفاده آلومینیم 2024 در نظر گرفته شد و میزان اتوفرتاژ نمونه ها 40 و 60 درصد لحاظ گردید. ترکها در جهت محیطی و عمود بر محور طولی استوانه در نظر گرفته شدند. شبیه‏سازی عددی به روش اجزاء محدود انجام شد. در انتها نتایج حاصل از حل عددی و تجربی با هم مقایسه گردیدند. از بررسی نتایج مشاهده گردید که در اتوفرتاژ 60% تعداد سیکل‏های شکست کمتر از اتوفرتاژ 40% و آن نیز کمتر از حالت بدون اتوفرتاژ است. توزیع ضریب شدت تنش در پیشانی ترک متقارن است و ترک در صفحه اولیه خود رشد می‏کند که نشان دهنده غالب بودن رفتار مود اول شکست در طول رشد ترک است. در تمامی نمونه ها، ترک بعد از چند مرحله رشد به شکل نیم بیضوی در می‏آید و این حالت را تا لحظه شکست حفظ می‏کند.
    کلیدواژگان: اتوفرتاژ، ترک خارجی، رشد ترک خستگی، خمش
  • آرش حاتمی، بهنام معتکف ایمانی* صفحات 45-53
    در سال های اخیر با توجه به کاربرد گسترده توربین های بادی، بهبود سیستم کنترلی آن ها با هدف کاهش بارهای مکانیکی مورد توجه بوده است. از طرفی در توربین های بادی مدرن، ژنراتور سنکرون با تحریک الکتریکی در ساختار درایو مستقیم (بدون گیربکس) به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. در این پژوهش، مزیت بهره گیری از ولتاژ تحریک ژنراتور سنکرون و زاویه گام پره ها در ساختار کنترلی نوین چندمتغیره-تطبیقی توربین بادی مورد تحقیق قرار می گیرد. اهداف کنترلی محدود کردن نوسانات سرعت دورانی روتور و کاهش بارهای مکانیکی وارد بر برج می باشد. ساختار کنترلی متمرکز بر اساس مدل دینامیکی توربین بادی و با لحاظ کردن اثرات متقابل آیرودینامیکی، ارتعاشاتی و الکتریکی طراحی می گردد. تعیین بهره های ماتریس کنترلی با توجه به مدل غیرخطی و پیچیده توربین، با بهره گیری از روش های بهینه سازی انجام می شود. رفتار آیرودینامیکی پره ها تابعی غیرخطی از شرایط کاری می باشد و برای دستیابی به رفتار دینامیکی یکنواخت، بهره های کنترلی در شرایط مختلف محاسبه و به روش جدول بندی بهره پیاده سازی می گردد. در توربین های بادی، عوامل مختلفی همچون دینامیک های سیستم الکتریکی، محدودیت های کنترل دیجیتال و نویز سیگنال می تواند بر عملکرد کنترلی تاثیرگذار باشد. به منظور بررسی این اثرات، شبیه ساز توربین بادی توسعه داده می شود و عملکرد کنترلگر چندمتغیره-تطبیقی به صورت سخت افزار در حلقه مورد تحقیق قرار می گیرد. با مقایسه عملکرد کنترلگر طراحی شده و کنترلگر چندمتغیره دو ورودی-یک خروجی در شرایط باد مغشوش، بارهای مکانیکی وارد بر برج به میزان 26 درصد کاهش می یابد و در نتیجه عمر برج به عنوان یکی از اجزا اصلی توربین افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: کنترل چندمتغیره، تطبیقی، شبیه ساز توربین بادی، کاهش بارهای مکانیکی، مدل غیرخطی
  • علیرضا تهور*، پویا زرین چنگ، سروش آبادی ایرانق، شاهین حیدری صفحات 54-60
    در پژوهش حاضر یک مدل المان محدود برای بررسی رفتار بیومکانیکی ستون فقرات انسان ایجاد شده است. با توجه به کمبود مدلهای واقعگرایانه، هدف مطالعه حاضر، ایجاد مدلی از ستون فقرات مبتنی بر عکسهای پرتونگاری رایانه ای به کمک نرم افزار میمیکس نسخه 17 میباشد. همچنین با توجه به وجود گستره وسیعی از بارگذاری ها، جهت دستیابی به نتایج قابل اعتماد، نیاز به مقادیر بهینه سازی شده میباشد. لذا بارگذاری های نزدیک به واقعیت بر روی مدل اعمال شده است. مدل المان محدود غیرخطی ستون فقرات شامل پنج مهره و پنچ دیسک و تمامی رباطها تحت شرایط بارگذاری استاتیک توسط نرم افزار انسیس-آباکوس 16 شبیه سازی شده است. نتایج کار حاضر با نتایج حاصل از دو مدل المان محدود و معدود نتایج تجربی در دسترس مقایسه شده است. این نتایج در مجموع شش حالت چرخش میان مهره ای، فشار میان دیسکی و نیروی تماسی میان مهره ای در حالتهای ترکیبی چرخش محوری و خمش جانبی با بارگذاری فشاری را در بر می گیرد. به عنوان نتیجه مقادیر نیروهای فشاری میان دیسکی، چرخش میان مهره ای و نیروهای تماسی میان مهره ای تحت شرایط مختلف بارگذاری گزارش شده اند. بررسی نتایج این مطالعه تایید مینماید که حالات بارگذاری ترکیبی بهینه در خمش جانبی و چرخش محوری منجر به پیش بینی مقادیر فشار میان دیسکی نزدیک به اندازه گیری های تجربی میگردد. علاوه بر این، گشتاور و نیروهای به کار گرفته شده برای چرخش میان مهره ای نیز مقادیر نزدیک به اندازه گیری های درون بدن انسان، به خصوص برای چرخش محوری و خمش جانبی را دارا میباشد.
    کلیدواژگان: ستون فقرات انسان، چرخش محوری، خمش جانبی، روش المان محدود
  • مهدی احمدوند، مصطفی مافی، مصطفی سفیدگر*، مجید سلطانی صفحات 61-68
    امروزه استفاده از مدل بخشی اصلاح شده برای برآورد میزان انتقال ماده ردیاب به سلول یا بافتهای سرطانی، به طور گسترده ای مورد توجه قرار گرفته است. مدل بخشی اصلاح شده شامل دو بخش پیش بینی انتقال ماده از رگ و مدل بخشی برای توصیف متابولیسم موجود در بافت است. در مدل بخشی اصلاح شده، ثابت نفوذ با تخمین پارامترهای موجود بین هر بخش به دست می آید. محاسبه دقیق پارامتر ثابت نفوذ در ناحیه مورد مطالعه، نقشی اساسی در انطباق منحنی حاصل از مدل سازی بخشی بر منحنی به دست آمده از اطلاعات تجربی نمودار فعالیت زمانی، در بافت مورد نظر، خواهد شد که در حال حاضر، ابزار اصلی در تشخیص درست بافت های سرطانی از نواحی غیرسرطانی می باشد. امروزه اغلب پزشکان به کمک روش استاندارد نفوذ، به بررسی میزان نفوذ ردیاب در نواحی مشکوک به سرطان می پردازند تا بتوانند تشخیصی صحیح از سرطانی یا غیرسرطانی بودن بافت مورد نظر در نواحی مشکوک به سرطان داشته باشند. در تحقیق حاضر، از روش های تحلیل گرافیکی پاتلاک و روش استاندارد نفوذ، جهت پیش بینی میزان نفوذ ردیاب به درون بافت، استفاده شده است. مقایسه نتایج پیش بینی پارامتر نفوذ محاسبه شده از دو روش فوق الذکر با پارامتر نفوذ بدست آمده از مدل بخشی اصلاح شده در بافت های مختلف یک موش صحرایی، بیانگر دقت مناسب روش پاتلاک، در تشخیص صحیح بافت های سرطانی از نواحی غیر سرطانی می باشد.
    کلیدواژگان: مدل بهبود یافته بخشی، مدل گرافیکی پاتلاک، مقدار استاندارد نفوذ، دستگاه تصویر برداری به همراه نشر پوزیترون
  • شهروز امیدوار اوغانی، علیرضا تیمورتاش* صفحات 69-80
    سیال فوق بحرانی به دلیل دارا بودن خصوصیات منحصربه فرد سال هاست که در برخی از صنایع به منظور افزایش کارایی فرآیندها جایگزین سیال غیر بحرانی شده و از زمان شناختش مورد مطالعات آزمایشگاهی، عددی و تحلیلی متعددی قرارگرفته‎ است. در این پژوهش فرآیند انتقال حرارت جابجایی طبیعی آرام بین لوله داغ دما ثابت عمودی و دی اکسید کربن فوق بحرانی به طور عددی شبیه سازی شده است. مدل سازی این فرآیند به صورت دوبعدی شبه گذرا و با استفاده از روش حجم محدود انجام گرفته است. هدف اصلی پژوهش بررسی اثر تغییرات خواص سیال فوق بحرانی نزدیک دمای شبه بحرانی آن بر میدان سرعت و دمای سیال در انتقال حرارت جابجایی طبیعی و درنهایت تاثیر این تغییرات بر میزان کل انتقال حرارت صورت گرفته به سیال نسبت به حالت غیر بحرانی است. مدل‎سازی فرآیند انتقال حرارت بین دماهای 305 تا 312 کلوین و فشارهای 7.5 تا 9 مگا پاسکال انجام شده است. در این تحقیق به منظور محاسبه‎ی خواص دی اکسید کربن در شرایط مختلف برای اولین بار از معادله حالت چند پارامتری اسپن و وگنر برحسب انرژی هلمهولتز به طور مستقیم استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان دهنده افزایش نرخ انتقال حرارت جابجایی آزاد به دی اکسید کربن در حالت فوق بحرانی نسبت به فرض گاز ایده آل تا 160% در نزدیکی نقطه شبه بحرانی و در دیگر نقاط افزایش تا 118% است.
    کلیدواژگان: سیال فوق بحرانی، جابجایی طبیعی، لوله ی عمودی، روش حجم محدود، عدد ناسلت
  • امین رضا نقره آبادی*، امیر حق پرست صفحات 81-91
    در این مقاله ناپایداری استاتیکی و دینامیکی یک مدل جامع از یک نانوتیر یکسر گیردار تحت تاثیر جریان مستقیم اعمالی و ناگهانی با استفاده از تئوری غیرکلاسیک تنش مزدوج اصلاح شده در حضور اثرات تنش سطحی بررسی شده است. قسمتی از نانوتیرک تحت تاثیر نیروهای الکترواستاتیک و نیروی مویینگی قرار دارد. نانوتیرک براساس تئوری اویلر-برنولی مدلسازی و معادله حرکت آن با استفاده از اصل همیلتون به دست آمده است. معادلات حاکم بر نانوتیرک با استفاده از متغیرهای بی بعد مناسب به حالت بی-بعد انتقال یافته و با استفاده از روش اجزا محدود حل شدند. نتایج به دست آمده از حل اجزا محدود با نتایج پژوهش های پیشین مقایسه گردید و تطابق خوبی مشاهده شد. در ادامه، پارامترهای پایه برای طراحی مهندسی در مقیاس نانو همانند خیز بحرانی انتهای تیر و ولتاژ پولین در دو حالت استاتیکی و دینامیکی بررسی گردید. نتایج نشان می دهد که در حالت دینامیکی، با افزایش ولتاژ، تیرک قبل از پدیده پولین و سقوط بر روی پایه، دارای حالت نوسانی با دامنه بزرگ است. همچنین مشاهده شد که کوچکتر شدن طول الکترود زیرلایه (افزایش تاثیر نیمه متاثر بودن)، افزایش اثر میدان لبه، اثر اندازه و اثر تنش سطحی و یا کاهش نیروی موئینگی باعث افزایش ولتاژ نهایی پولین می شوند.
    کلیدواژگان: نانوتیر، پولین، تئوری تنش مزدوج، نانو تیرک نیمه متاثر
  • علی سالاری، علیرضا شریفی، حمید نیازمند* صفحات 92-102
    یکی از روش های موجود به منظور درمان گرفتگی شریان، تزریق میکرو ذرات حامل دارو به داخل شریان مورد نظر می باشد. میکرو ذرات به وسیله جریان خون به پلاکت های چربی برخورد کرده و با جذب دارو در آن ناحیه، موجب درمان بیماری می گردد. از آنجایی که توزیع ذرات دارو تابع الگوی جریان خون می باشند، اثر بخشی این روش درمان در صورتی تقویت می شود که ذرات به محل مورد نظر هدایت شوند تا دارو در همین محل جذب شود در غیر این صورت بیمار باید دوز های زیادی از دارو مصرف نماید که عوارض متعددی را به دنبال دارد. به منظور افزایش بازدهی جذب ذرات و جلوگیری از عوارض جانبی می توان از میدان مغناطیسی استفاده نمود، به گونه ای که با اعمال این میدان در محل مورد نظر، ذرات در ناحیه هدف (ناحیه مورد نظر جهت جذب دارو) جذب شده و موجب افزایش بازدهی درمان می گردد. در مطالعه حاضر به بررسی عملکرد ذرات حامل دارو در سیستم ورتبروبازیلار به منظور درمان گرفتگی در شرایط بدون میدان مغناطیسی و با اعمال این میدان پرداخته شده است؛ روش انجام این مطالعه به صورت عددی بوده و به منظور حل معادلات از نرم افزار انسیس فلوئنت استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که توزیع ذرات قبل و بعد از اعمال میدان تفاوت چشم گیری داشته است، به گونه ای که اعمال میدان مغناطیسی تا حدود 16 برابر میزان بازدهی جذب ذرات را افزایش می دهد؛ از دیگر عوامل موثر بر بازدهی درمان بیماری، مکان تزریق ذرات و قطر آن ها می باشد که مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: سیستم ورتبروبازیلار، شریان ورتبرال، گرفتگی شرایین، میدان مغناطیسی، میکرو ذرات مغناطیسی
  • علی کیماسی خلجی* صفحات 103-112
    یکی از مباحث مطرح در حوزه رباتیک، کنترل آرایش گروهی ربات ها در تعقیب مسیرهای حرکت زمانی می باشد. استفاده از گروه ربات های آرایش یافته، دارای مزایایی نسبت به استفاده از ربات ها به صورت جداگانه است که از جمله آنها می توان به بهره وری استفاده از منابع، امکان همکاری ربات ها، بالارفتن اطمینان و مقاومت بیشتر در برابر نقایص اشاره کرد. بنابراین، آرایش کنترلی سیستم های رباتیک چند عضوی و خودرو های هوشمند مورد توجه دانشمندان فراوانی قرار گرفته که در این مقاله به آن می پردازیم. در ابتدا معادلات سینماتیکی و سینتیکی ربات متحرک دیفرانسیلی استخراج می گردد. سپس، مسیرهای حرکت زمانی مرجع برای ربات رهبر تولید می گردند. در ادامه یک قانون کنترل سینماتیکی برای تعقیب مسیرهای مرجع ربات رهبر طراحی می گردد. قانون کنترلی پیشنهاد شده، ربات رهبر را به صورت مجانبی حول مسیرهای حرکت زمانی مرجع پایدار می سازد. سپس یک الگوریتم کنترل دینامیکی به منظور تولید گشتاورهای عملگری توسط روش خطی سازی فیدبک طراحی می گردد. در ادامه مسئله کنترل آرایش ربات ها مورد بررسی قرار گرفته و الگوریتمی مناسب برای این منظور طراحی می گردد تا در ضمن تعقیب مسیر توسط ربات رهبر، ربات های پیرو در وضعیت مطلوب نسبت به آن قرار گیرند. همچنین پایداری الگوریتم های ارائه شده از طریق روش لیاپانوف برای کنترلرهای سینماتیکی، دینامیکی و کنترل آرایش مورد بررسی قرار می گیرد. در پایان نتایج بدست آمده برای مسیرهای مرجع مختلف ارائه می گردد که کارایی روش پیشنهاد شده را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ربات متحرک چرخ دار، سیستم های غیر هولونومیک، تعقیب مسیرهای حرکت زمانی، کنترل آرایش
  • المیرا طاهری، احسان روحی* صفحات 113-122
    در مطالعه ی حاضر رفتار همگرایی روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو (DSMC) به طور گسترده ای مورد بررسی قرار گرفته است. الگوریتم نمونه گیری های برنولی ساده شده (SBT) برای شبیه سازی مساله انتقال حرارت هدایت یک بعدی نانو فوریه که شامل گاز رقیق شده ی محبوس شده بین دو صفحه ی موازی با طول بی نهایت و با دماهای نابرابر می باشد؛ استفاده شده است. این بررسی با مقایسه ی ضرایب چند جمله ای سوناین (a_k) که از نتایج DSMC بدست آمده اند با نتایج تئوری چپمن انسکاگ (CE) دنبال شده است. همچنین رفتار همگرایی پارامترهای شار حرارتی و نسبت رسانایی حرارتی محاسبه شده ی از DCMC (KDSMC) به مقدار پیش بینی شده از تئوری تقریب نامحدود CE (K)، مطالعه شده است. دقت عددی روش DSMC با پارامترهای گام زمانی، اندازه ی سلول و تعداد ذرات درون هر سلول محدود می شود. وابستگی روش SBT به این خطاهای گسسته سازی با روش برخورد مرسوم شمارنده ی غیر زمانی (NTC) مقایسه شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که روش SBT می تواند با تعداد کمتری از ذرات درون هر سلول نسبت به روش NTC به نتایج تحلیلی چندجمله ای سوناین دست یابد. همچنین در روش SBT پارامتر موثر در همگرایی نسبت Δx/Δt می باشد که باید به دقت تعیین شود. با کاهش تعداد ذرات درون هر سلول حتی به 1 ذره، در نسبت ثابت Δx/Δt، روش SBT می تواند به نتایجی با دقت بالا برسد درحالی که جواب های روش استاندارد NTC از مقدار صحیح منحرف می شود.
    کلیدواژگان: شبیه سازی مستقیم مونت کارلو، الگوریتم نمونه گیری های برنولی ساده شده، چپمن انسکاگ، خطاهای گسسته سازی
  • حمید پرهیزکار *، اصغر ابراهیمی، الیاس لکزیان صفحات 123-134
    در پژوهش حاضر یک حلگر دی اس ام سی مورد استفاده قرار می گیرد تا اثرات افزایش دمای دیواره ها و جایگذاری صفحات پیش گرم را بر پارامترهای عملکردی سیستم‎ های میکروپیشرانش مورد بررسی قرار دهد. حلگر با استفاده از عدد نادسن موضعی که بر مبنای گرادیان تغییرات خواص سیال است، رژیم جریان پیوسته و رقیق را مجزا می نماید. شرایط مرزی ورودی و خروجی بر اساس روش مشخصه ها تعیین می شود. به منظور تضمین دقت شبیه سازی ، ابعاد سلول ها، تعداد ذرات در هر سلول و مطالعه شبکه انجام می گیرد. سه سیستم میکروپیشرانش مورد بررسی قرار می گیرد. در هر سه نوع، سیستم، شامل یک کانال و یک نازل همگرا-واگرا است. سیستم اول یک میکروپیشرانش گاز سرد، سیستم دوم یک میکروپیشرانش با دیواره های کانال پیش گرم و سیستم سوم یک میکروپیشرانش حاوی صفحات پیش گرم در داخل کانال است. سیستم اول به عنوان حالت مرجع درنظر گرفته می شود و دوسیستم دیگر با آن مقایسه می شوند. در میکروتراستر دوم، افزایش دمای دیواره ها باعث افزایش سرعت جریان خروجی و ضربه مخصوص می شود. در سیستم سوم صفحات پیش گرم منجر به افزایش دمای جریان پایین دست شده و ضربه مخصوص نیز افزایش می یابد. مقدار تراست برای سیستم سوم به دلیل کاهش قابل ملاحظه دبی جرمی کاهش می یابد در حالیکه دبی جرمی میکروپیشرانش نوع دوم نسبت به نوع سوم کمتر کاهش پیدا می کند و تراست آن در مقایسه با سیستم اول و سوم افزایش می یابد. بنابراین میکروپیشرانش دوم پارامترهای عملکردی بالاتری نسبت به بقیه دارد. همچنین مشاهده می شود که افزایش دمای دیواره ها در تراستر نوع دوم باعث کاهش حساسیت نیروی پیشران و ضربه مخصوص به افزایش دما می شود.
    کلیدواژگان: حلگر دی اس ام سی، افزایش دمای دیواره ها و صفحات پیش گرم، عدد نادسن موضعی، تراست و ضربه مخصوص میکروتراستر، حساسیت سنجی
  • موسی رضایی*، میر محمد اتفاق، رضا فتحی صفحات 135-142
    یکی از روش های جدید کاهش ارتعاشات در روتورهای دارای نابالانسی متغیر با شرایط کاری استفاده از بالانسر دینامیکی اتوماتیک ساچمه ای می باشد. این اتوبالاسر ‏علاوه بر مزیت های مختلف، دارای یک عیب اساسی یعنی افزایش دامنه روتور در ناحیه گذرا می باشد که سبب محدودیت استفاده از این نوع بالانسر می شود. در مطالعات پیشین برای رفع عیب مذکور طرح جدیدی از اتوبالانسر که نام آن اتوبالانسر ساچمه- فنر است ارائه شده و رفتار دینامیکی اتوبالانسر ساچمه- فنر برای روتور جفکات مجهز به آن بررسی شده است. ‏مدل روتور جفکات مدلی است که در آن اثر ژیروسکوپی در نظر گرفته نمی شود در حالی که در عمل و در بسیاری از کاربردها، محدودیت هایی از لحاظ نصب روتور در وسط شفت وجود دارد که عدم تقارن باعث پدید آمدن اثر ژیروسکوپی می شود. در چنین شرایطی نتایج تحلیل های حاصل از مدل جفکات قابل اعتماد نبوده و رفتار دینامیکی اتوبالانسر ساچمه- فنر باید در حضور اثر ژیروسکوپی مورد بررسی قرار گیرد. در این مقاله با در نظر گرفتن عدم تقارن در محل نصب روتور، معادلات حرکت دینامیکی روتور مجهز به اتوبالانسر ساچمه- فنر در حضور اثر ژیروسکوپی استخراج و ضمن بدست آوردن پاسخ زمانی، نواحی پایداری سیستم با ‏استفاده از روش اول لیاپانوف استخراج شده است. نتایج حاکی از آن ‏است که وجود اثر ژیروسکوپی نه تنها خللی در کارآئی اتوبالاسر جدید ایجاد نمی کند بلکه دامنه ارتعاشات ناشی از اثر ژیروسکوپی در روتور مجهز به اتوبالانسر ساچمه- فنر نسبت به روتور مجهز به اتوبالانسر متداول ‏کمتر می شود.
    کلیدواژگان: بالانسر اتوماتیک ساچمه، فنر، اثر ژیروسکوپی، ناحیه پایداری، ناحیه گذرا
  • سعید شاخصی*، یاسین نظری، احمد حاتمی، محمد نوقابی صفحات 143-153
    ایجاد تنش های پسماند و اعوجاج از مهمترین معایب فرایند جوشکاری می باشد که تعیین مقادیر و توزیع آن ها اهمیت زیادی در طراحی سازه ها به خصوص در صنایع فضایی دارد. در این تحقیق، از روش المان محدود برای تحلیل رفتار حرارتی- مکانیکی ناشی از جوشکاری تیگ در یک پوسته کروی استفاده شده است. پوسته کروی مورد مطالعه از جنس آلیاژ تیتانیوم(Ti-6Al-4V) و با ضخامت 2 میلیمتر بوده است. مدل سازی فرایند جوشکاری، بصورت کوپل غیر مستقیم حرارتی- مکانیکی صورت گرفت. جوشکاری تیگ بر اساس تغییرات مشخصه های شدت جریان و سرعت پیش روی جوش و در شش حالت مختلف بررسی شد و مقدار ولتاژ در همه حالت ها برابر با 12 ولت در نظر گرفته شد. توزیع دما، تنش های پسماند و اعوجاج ناشی از جوشکاری تیگ پوسته کروی تیتانیومی برای شش حالت مختلف جوشکاری استخراج و با یکدیگر مقایسه گردید. تاثیر مشخصه های شدت جریان و سرعت جوشکاری بر اعوجاج و تنش های پسماند جوشی بررسی گردید. نتایج نشان داد که افزایش شدت جریان و کاهش سرعت پیش روی بیشترین تاثیر را روی تنش پسماند محیطی طولی دارد که میزان افزایش این تنش حداکثر به %44 برای کاهش سرعت پیش روی گردید. اعوجاج ناشی از جوشکاری نیز با افزایش شدت جریان و کاهش سرعت پیش روی حداکثر مقدار %132 افزایش را نشان داد.
    کلیدواژگان: آلیاژ تیتانیوم (Ti، 6Al، 4V)، جوشکاری تیگ، تنش های پسماند، روش المان محدود، پوسته کروی
  • سلمان احمدی، رامبد رستگاری* صفحات 154-164
    گرفتن جسم توسط انگشتان ربات با وجود قیود غلتش ناب از موضوعات تحت بررسی توسط محققین بسیاری می باشد. در مطالعات انجام پذیرفته تا کنون، بررسی اعمال قیود غلتش ناب با هدف رساندن جسم در وضعیت پایدار جدید مورد توجه بوده است. در این مقاله ما علاوه بر بررسی های معمول سینماتیک و دینامیک برای سیستم دو انگشت ربات و جسم نیم دایره در یک صفحه افقی، که نوک انگشت ها به صورت نیم کره و صلب فرض شده است، موضوع جابجایی جسم مطابق مسیر مشخص با حفظ پایداری دینامیکی آن را مورد بررسی قرار داده ایم. در این راستا از کنترل امپدانس چندگانه برای اعمال کنترل با انجام اصلاحات مورد نیاز در آن بهره جسته ایم. در روش کنترل امپدانس چندگانه سعی می شود با اعمال رفتارهای مطلوب بر کل اجزای سیستم از جمله انگشت ها و جسم، شرایط پایداری دینامیکی ارضا شود، تنظیم مناسب نیرو در این روش و اینکه این نیروها در مکان مناسب وارد شوند تا حد زیادی در به حداقل رساندن لغزش انگشت ها بر سطح جسم موثر می باشد. نتایج شبیه سازی های انجام پذیرفته حاکی از کنترل، هدایت و همچنین پایداری مناسب جسم توسط انگشتان می باشد.
    کلیدواژگان: گرفتن دو انگشتی، پایداری، کنترل جسم، نوک انگشتان، کنترل امپدانس چندگانه
  • محمد حسینی*، عباس زندی باغچه مریم صفحات 165-176
    در این پژوهش براساس تئوری الاستیسیته غیرمحلی، تحلیل استاتیکی و دینامیکی یک نانولوله همگن الاستیک حامل سیال با شرایط مرزی دو سر گیردار بررسی شده است. نانولوله تحت تحریک الکترواستاتیک و میدان مغناطیس و با در نظر گرفتن اثرات لایه سطحی، نیروی مکانیکی و حرارتی است. جابجایی عرضی نانولوله شامل دو بخش جابجایی استاتیکی و دینامیکی است. در این بررسی، تغییر مکان استاتیکی با استفاده از روش عددی مانده وزن دار و ناپایداری و فرکانس ارتعاشی با به کارگیری روش مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته تحلیل شده است. با اعمال ولتاژ بالاتر از مقدار بحرانی (که ولتاژ پولین نامیده می شود)، ممکن است نانولوله در معرض ناپایداری قرار گیرد. در این بررسی تاثیر پارامتر های مختلف مانند سرعت سیال، پارامتر مقیاس طول، میدان مغناطیس، ولتاژ الکترواستاتیک، اثرات لایه سطحی و بارگذاری حرارتی بر تغییر مکان استاتیکی، فرکانس طبیعی و ولتاژ پولین نانولوله حامل سیال مطالعه شده است. نهایتا صحت نتایج حاصله با مقایسه آن ها با نتایج حاصل از روش های عددی در پژوهش های قبلی مورد بررسی قرار گرفته و مطابقت خوبی بین کار حاضر و مطالعات پیشین دیده شده است. نتایج نشان می دهد که پارامتر مقیاس طول، پارامتر تاثیرگذاری در ولتاژ پولین سیستم است و افزایش آن منجر به کاهش ولتاژ پولین می شود. همچنین مشخص می-گردد که افزایش ولتاژ باعث کاهش فرکانس طبیعی سیستم و افزایش جابجایی استاتیکی می شود.
    کلیدواژگان: تحلیل استاتیکی و دینامیکی، ناپایداری، تحریک الکترواستاتیک، میدان مغناطیس، نانولوله حامل سیال
  • سید مرتضی همایون صادقی*، سعید لطفان صفحات 177-186
    در این مقاله اثر نویز مصنوعی بر عملکرد روش شناسایی سیستم غیرخطی در بازسازی پاسخ مدل تیر یکسر گیردار دارای غیرخطی موضعی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور معادله شکل ضعیف حاکم بر ارتعاش عرضی تیر خطی دارای اتصال فنر به شدت غیرخطی در انتها با استفاده از روش ریلی-ریتز گسسته سازی شده است. سپس معادلات بدست آمده با استفاده از روش عددی رانگ-کوتا حل و پاسخ شبیه سازی شده تیر به نیروی ضربه استخراج شده است. با آلوده ساختن پاسخ شبیه سازی شده به نویز مصنوعی اندازه گیری، روش شناسایی غیرخطی غیرپارامتریک برای بازسازی پاسخ بکار رفته است. بر این اساس با استفاده از روش تجزیه مود تجربی پیشرفته، توابع مود ذاتی پاسخ استخراج شده و مدل تعاملی غیرخطی شامل نوسانگرهای مودال اصلی تشکیل شده است. نتایج اولیه نشان می دهد که حضور نویز در پاسخ، فرآیند غربال را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد و باعث بدست آمدن توابع مود ذاتی جعلی می گردد. به منظور از بین بردن اثر نویز بر این فرآیند، از سیگنال نویز به عنوان سیگنال پوششی در روش تجزیه مود تجربی پیشرفته استفاده شده و توابع مود ذاتی متناظر با نویز استخراج شده است. بر اساس این رویکرد دینامیک نویز در پاسخ شناسایی شده و سیگنال کاهش نویز یافته توسط نوسانگرهای مودال اصلی با دقت مناسب بازسازی می گردد.
    کلیدواژگان: شناسایی سیستم غیرخطی، غیرخطی موضعی، تجزیه مود تجربی پیشرفته، مدل تعاملی غیرخطی
  • محمود مزارع، محمد رسول نجفی* صفحات 187-198
    در این مقاله به طراحی کنترل کننده تطبیقی به صورت تلفیقی از روش خطی سازی بازخوردی و تئوری پایداری لیاپانوف، برای یک ربات موازی پرداخته شده است. با در نظر گرفتن یک مکانیزم موازی سه درجه آزادی برای ربات که سبب حرکت انتقالی خالص در مجری نهایی می شود، ابتدا معادلات حاکم بر سینماتیک و معادلات قید به دست آمده و سپس به منظور کنترل ربات، مدل دینامیکی سیستم مقید با استفاده از روش لاگرانژ استخراج شده است. پس از استخراج مدل دینامیکی ربات مورد مطالعه، با استفاده از الگوریتم جستجوی هارمونی، دو مسیر بهینه برای مجری نهایی در حضور موانع، برای ردیابی توسط ربات طراحی شده است. یک تابع هدف بر اساس دستیابی به کوتاه ترین مسیر و عدم برخورد با موانع با حفظ فاصله حاشیه ای از آنها تعریف شده است. مسیر اول، یک مسیر دو بعدی در حضور چهار مانع دایره ای و مسیر دوم، یک مسیر سه بعدی در حضور سه مانع کروی می باشد. عملکرد کنترل کننده طراحی شده در شرایط مختلف از جمله در حضور اغتشاش خارجی و تغییر پارامترهای سیستم، شبیه سازی و مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که کنترل کننده تطبیقی پیشنهادی با وجود اغتشاش خارجی و عدم قطعیت و تغییر در پارامترهای مدل، قادر به کنترل حرکت مجری نهایی روی مسیرهای طراحی شده با عملکرد مطلوب می باشد.
    کلیدواژگان: ربات موازی 3PUU، مدل سازی دینامیکی سیستم مقید، کنترل تطبیقی، طراحی مسیر، الگوریتم جستجوی هارمونی
  • بهروز شهریاری، محمدتقی احمدیان*، وحید قربانیان کردابادی صفحات 199-209
    با پیشرفت روزافزون تکنولوژی، به کارگیری نانولوله های کربنی در ساخت بسیاری از تجهیزات، بطور وسیعی گسترش یافته است. از جمله کاربردهای آن می توان به انواع حسگرها، نانوماشین ها، صنایع هوافضا و صنایع نفت و پتروشیمی اشاره نمود. با توجه به اهمیت و گستردگی کاربرد نانو لوله های کربنی، بررسی و شناخت رفتار آنها بسیار حائز اهمیت است. نانو لوله های کربنی بصورت طبیعی در ساختار دارای کمی انحنا هستند، بنابراین در بسیاری از موارد تحت نیروهای جانبی متنوعی قرار می گیرند. در این پژوهش، بر پایه تئوری الاستیسیته ناموضعی رفتار نانولوله های کربنی خمیده با شرایط بستر الاستیک و توزیع سینوسی بار جانبی، مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این نانو لوله خمیده با به کارگیری نظریه الاستیسیته ناموضعی، امکان وقوع رفتار فروجهش و منشعب شدن مورد بررسی قرار گرفته و نمودارهای متناظر رسم شده است. به منظور بدست آوردن بارهای بحرانی، معادلات پایداری مورد نیاز استخراج شده است. در نهایت نتایج بدست آمده از نظریه کلاسیک با نتایج نظریه ناموضعی مقایسه شده اند و مشاهده گردیده که ضریب مقیاس بی بعد شده (λ)، بر امکان رخداد کمانش و نوع آن برای کمان مورد بررسی، اثری کلیدی دارد. با توجه به نتایج به دست آمده و نمودارهای رسم شده، در اکثر موارد، افزایش ضریب مقیاس بدون بعد، شانس رخداد پدیده منشعب شدن را افزایش داده و در برخی شرایط دیگر به گذار پدیده کمانش فرو جهش به پدیده منشعب شدن کمک کرده که این در واقع به منزله کاهش شانس رخداد پدیده فروجهش است.
    کلیدواژگان: سیستم های نانوالکترومکانیکال(NEMs)، نانو لوله های کربنی، پایداری، کمانش، تئوری الاستیسیته ناموضعی
  • بشیر سید حیات غیب، سینا سوداگر* صفحات 210-216
    روش زمان پرواز پراش (ToFD) یکی از تکنیکهای آزمونهای غیرمخرب فراصوتی است که برای اندازه گیری و ارزیابی ناپیوستگی ها مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش بدلیل استفاده از اختلاف زمانی دریافت امواج، اندازه گیری عیوب در مقایسه با سایر روش های اندازه گیری فراصوتی از دقت بالایی برخوردار است. با این وجود در روش های مرسوم این آزمون امکان اندازه گیری طول ناپیوستگی های مایل و افقی وجود نداشته و فقط طول تصویر عمودی عیوب قابل اندازه گیری می باشد. در این مقاله با ارائه یک روش جدید، به تحلیل و مطالعه استفاده از پراش امواج فراصوتی برای اندازه گیری عیوب افقی با استفاده از نرم افزار تجاری المان محدود ABAQUS/Explicit پرداخته خواهد شد. بدین منظور پروب-کفشک فراصوتی موجود در سیستم اندازه گیری با بکارگیری المانهای کرنش صفحه ای CPE4R و المانهای نامحدود CINPE4R و اعمال میرایی جرمی و سختی به منظور کاهش بازتابش امواج و پژواکهای نامطلوب در درون کفشک مدلسازی می گردد. همچنین رفتار پارامترهای مختلف این سیستم اندازه گیری و رفتار امواج پراش در برخورد با عیوب جاسازی شده در درون قطعه شبیه سازی شده و مورد تحلیل قرار خواهد گرفت. سپس این روش، در عمقهای مختلف، برای ترکهای با طولهای متفاوت اعمال شده و خطای اندازه گیری در ارزیابی طول عیوب مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج بدست آمده نشان می دهد، در مقایسه با روش های سنتی آزمون ToFD، نتایج بدست آمده از این روش دارای دقت مناسبی می باشند.
    کلیدواژگان: امواج فراصوتی، پراش امواج، روش المان محدود، المان نامحدود
  • پیام شفیعی گوهری، سجاد تقوایی*، حسین محمدی صفحات 217-223
    یکی از نکات اساسی در انجام اهداف نظارتی به کمک ربات ها پیچیدگی و غیرقابل پیش بینی بودن مسیر حرکت ربات است. این مسئله به ویژه در شرایط خصمانه که مسیر ربات ناظر توسط عامل دیگری تعقیب می گردد، حائز اهمیت است. بر این اساس، برنامه ریزی حرکت ربات ناظر با استفاده از دو روش توالی تصادفی و توالی آشوبناک می تواند در رسیدن به این هدف موثر باشد؛ اما روش توالی آشوبناک به علت طبیعت معین و قطعی خود، برای این موضوع، مناسب تر است. همچنین مقاوم و ارگودیک بودن ذاتی مسیرهای آشوبناک در مقایسه با توابع تصادفی، در پیاده سازی سیستم نظارت مرزی که نیازمند پوشش همه جانبه است، مزیت دیگری است که می توان به آن اشاره نمود. در این مقاله روشی جهت برنامه ریزی آشوبناک حرکت به منظور انجام نظارت مرزی ارائه می گردد و بر یک ربات کوادروتور ناظر اعمال می گردد. ربات کوادروتور به جهت قابلیت مانور بالا و کارکرد هوایی خود به عنوان گزینه مناسبی در کاربرد نظارت مرزی معرفی می گردد. مسیر آشوبناک موردنیاز توسط دینامیک آشوبناک سیستم هنون تولید می شود. سپس به بررسی دینامیک و کنترل کوادروتور با استفاده از روش مد لغزشی پرداخته می شود. در انتها نیز حرکت کوادروتور طبق معادلات دینامیکی، مسیر آشوبناک و کنترلر ارائه شده، برای دو وضعیت نمونه شبیه سازی می گردد. کارآیی روش ارائه شده، به ویژه از منظر غیر قابل پیش بینی بودن و عدم تجاوز از همسایگی تعیین شده در اطراف مرز، مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. حالت مسیر دایروی و مسیر غیر هموار برای این منظور در نظر گرفته شده است.
    کلیدواژگان: نظارت مرزی، برنامه ریزی آشوبناک حرکت، کوادروتور، کنترل مد لغزشی
  • اشکان پارسا، احمد کلهر *، محمد علی امیری آتشگاه صفحات 224-234
    در این مقاله با استفاده از روش های شناسایی خطی و غیرخطی مبتنی بر حداقل مربعات بازگشتی و تکراری، عملکرد سیستم کنترل پسگام انتگرالی روی یک کوادروتور در حضور نامعینی ها، بهبود یافته است. در ابتدا مدل دینامیکی کوادروتور و نمایش معادلات توصیفی در یک فضای حالت مناسب به منظور طراحی کنترلر پسگام انتگرالی معرفی شده است. سپس کنترلر پسگام انتگرالی به کمک کنترلر های مجازی به منظور تعقیب مسیر طراحی شده است. در این سیستم کنترلی به علت وجود برخی نامعینی های متداول فیزیکی در کوادروتور، عملکرد کنترلی رضایت بخش نیست، لذا برای بهبود عملکرد کنترلر پسگام انتگرالی یک روش شناسایی برخط معرفی و مورد استفاده قرار گرفته است. در این راستا، برخی پارامترها که در ساختار مدل به فرم خطی قرار دارند، با تکنیک حداقل مربعات خطا شناسایی می شوند ولی در مورد برخی پارامترها که ساختار غیرخطی دارند، از روش حداقل مربعات تکراری جهت شناسایی استفاده می گردد. نتایج بدست آمده نشان از کاهش خطای ماندگار و افزایش قابلیت تعقیب مسیر مطلوب در حضور نامعینی ها دارد. همچنین نتایج، حاکی از پایدار شدن زوایای رول و پیچ و ممانعت از نوسانی شدن نیروهای کنترلی دارد.
    کلیدواژگان: حداقل مربعات، کوادروتور، پسگام انتگرالی، شناسایی برخط، تعقیب مسیر
  • مجتبی هاشمی، علی کارمزدی، علیرضا نادری، حسن سالاریه* صفحات 235-243
    ناوبری در زیرسطح آب به کمک سیستم ناوبری اینرسی به تنهایی، همراه با خطای دریفت است. بطور معمول از سنسور سرعت سنج داپلری برای تصحیح تخمین موقعیت، سرعت و وضعیت وسیله با استفاده از الگوریتم کالمن استفاده می شود. استفاده از اطلاعات سرعت وسیله باعث کاهش خطای دریفت در تخمین موقعیت می شود ولی خطای تخمین موقعیت همچنان وجود داشته و بصورت خطی با زمان افزایش میابد. در این مقاله از نقشه مغناطیسی زمین و سنسور مغناطیس سنج برای فراهم نمودن یک اندازه گیری اضافه استفاده شده است. الگوریتم کالمن توسعه یافته قویا جفت شده برای تلفیق اطلاعات سنسورها مورد استفاده قرار گرفته است. این الگوریتم بر مبنای دینامیک خطای سیستم ناوبری اینرسی طراحی شده است. برای بررسی نحوه عملکرد الگوریتم طراحی شده سنسورهای اینرسی ارزان قیمت ممز و دیگر سنسورهای کمکی(سرعت سنج، عمق سنج و مغناطیس سنج) با استفاده از طراحی یک مسیر دلخواه با ویژگی های سینماتیکی مشخص و اضافه کردن نویز و بایاس شبیه سازی شده اند. شبیه سازی الگوریتم طراحی شده با دیتای تولیدی سنسورها نشان می دهد که استفاده از سنسور مغناطیس و نقشه مغناطیسی زمین خطای دریفت در تخمین موقعیت را به میزان 1 درصد مسافت طی شده می رساند که کاهش چشم گیری محسوب می شود.
    کلیدواژگان: ناوبری اینرسی، سرعت سنج داپلری، نقشه مغناطیسی زمین
  • علی منصوری، حسین غفارزاده*، مجید برقیان، مرتضی همایون صادقی صفحات 244-254
    در پایش سلامت سازه ای، طیف وسیعی از روش‎های عددی، هریک با مزایا و معایب خاص خود، برای تحلیل انتشار موج توسعه یافته اند. در این چهارچوب، تحلیل برخی از مسائل همچون ایجاد آسیب و رشد آن و در نهایت شکست مصالح، توسط روش‎های بی شبکه مناسب تر است. در این پژوهش، مدل سازی عددی انتشار موج خمشی و تخمین شدت آسیب در تیر اولر- برنولی توسط روش بی شبکه درونیابی نقطه ای شعاعی هرمیتی با کدنویسی در محیط نرم افزار MATLAB بررسی می شود. این روش، توابع پایه شعاعی و مشتقات آنها را در تابع درونیابی بکار می گیرد و فرمول بندی هرمیتی را ارائه می دهد. ارزیابی عملکرد و کارایی این روش مبتنی بر مقایسه سیگنال ثبت شده با سیگنال مرجع توسط معیار خطای جذر میانگین مربعات و مقایسه ضریب بازتاب موج بدست آمده از آسیب می باشد. الگوریتم تخمین شدت آسیب یک راه حل تحلیلی است که میزان موج بازتابیده از آسیب را به شدت آسیب مرتبط می سازد. تابع پایه شعاعی انتخابی از نوع گائوسی در نظر گرفته شده و کمیت های موثر بر نتایج محاسبات عبارتند از: تعداد نقاط میدانی، اندازه دامنه پایه، پارامترهای شکل تابع پایه گائوسی، تعداد چندجمله ای های بکار رفته در درونیابی، آرایش سلول های زمینه و تعداد نقاط گائوسی انتگرال گیری واقع در ناحیه آسیب. در نهایت براساس ارزیابی های این پژوهش، مقادیر قابل قبول و دامنه مناسب هر یک از کمیت های فوق برای رسیدن به مدلسازی صحیح و دقت مناسب ارائه می گردد.
    کلیدواژگان: روش بی شبکه، انتشار موج، شناسایی آسیب، تابع پایه شعاعی، روش درونیابی نقطه ای شعاعی
  • سیدمسعود واحدی، محمدصادق ولی پور *، فیلیپو دی مونته صفحات 255-265
    امروزه استفاده از استنت های دارویی به عنوان روشی موفق در درمان انسداد عروق کرونری بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله به منظور مطالعه اهمیت پوشش فوقانی در استنت حاوی هپارین، عملکرد دو طراحی (در شرایط وجود و عدم وجود این لایه نازک عاری از دارو) با یکدیگر مقایسه شده است. علاوه بر این، در مطالعه حاضر، اهمیت جریان پلاسما به عنوان موضوعی بحث برانگیز بین پژوهشگران مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور نزدیک تر کردن شبیه سازی به واقعیت کارکرد قلب وجود جریان پلاسما در حالت ضربانی در نظر گرفته شده و جراحت وارده به رگ در طی آنژیوپلاستی تا عمق لایه مدیا نفوذ کرده است. معادلات محیط متخلخل که بصورت حجمی میانگین گیری شده و دینامیک رهایش دارو را توصیف می کند بصورت عددی به روش حجم محدود حل شده اند. نتایج به دست آمده میزان فرورفتگی استرات در جداره رگ را در درجه اول اهمیت قرار داده است. گذر استرات از لایه های اندوتلیوم، اینتیما و لایه الاستیک داخلی و تماس مستقیم آن با لایه مدیا تغییرات بسیار زیادی در فارماکوکینتیک محلی ایجاد می شود. اگرچه جریان پلاسما باعث کاهش/افزایش مقدار متوسط سطح غلظت و متعاقبا کاهش/افزایش جرم موجود در لایه مدیا/ادونتیس می شود، اما نتایج از کم اهمیت بودن این جریان حکایت دارند. از جمله دیگر یافته ها می توان به کم اثر بودن پوشش فوقانی قرارگرفته روی پلیمر حاوی هپارین یاد کرد.
    کلیدواژگان: استنت های دارویی، رهایش دارو، اترواسکلروسیس، محیط متخلخل، فارماکوکینتیک
  • رضا ناصری، مهران کدخدایان*، محمود شریعتی صفحات 266-276
    پرسکاری در کانال های هم مقطع زاویه دار (ECAP) یکی از موثرترین فرایندها جهت تولید مواد با ساختارهای فوق ریزدانه و نانوکریستال می باشد. تیتانیم خالص تجاری از خود زیست سازگاری عالی نشان می دهد. لذا پتانسیل بالایی برای استفاده به عنوان بایومواد دارد. استحکام استاتیکی و دینامیکی پایین، یکی از نقاط ضعف این ماده محسوب می گردد. این عیب می تواند با اعمال فرایند ECAP بر آن برطرف گردد. یکی از حساس ترین پارامترها در فرایند شکل دهی ورقی و حجمی، پدیده ی جبران الاستیک در حین باربرداری یا برگشت فنری است. این پدیده به تغییرات نامطلوب ابعادی و هندسی در محصول نهایی منجر می شود و باید تا حد امکان مرتفع گردد. در این مطالعه تیتانیم خالص تجاری گرید 2، در دمای محیط تا سه گذر تحت فرایند ECAP با زاویه کانال 135 درجه قرار گرفت. آنالیز میکروساختاری و آزمون های استاتیکی کشش و خمش سه نقطه ای روی تیتانیم اولیه و ECAP شده تا 3 گذر انجام شد. ارزیابی میکروساختاری نشان داد که با اعمال فرایند ECAP، ساختار درشت دانه به فوق ریزدانه تکامل می یابد. همچنین آزمون های مکانیکی اثبات کرد که اعمال فرایند ECAP، استحکام استاتیکی را به میزان چشمگیری افزایش می دهد. بررسی برگشت فنری بعد از اعمال خمش سه-نقطه ای روی نمونه های اولیه و ECAP شده به دو روش تجربی و شبیه سازی اجزا محدود با استفاده از نرم افزار Abaqus، نشان داد که با اعمال گذر های بالاتر ECAP، بر میزان برگشت فنری افزوده می شود. لذا این نقطه ضعف باید در تولید محصولات دارای خم ساخته شده از مواد ECAP شده، لحاظ شود و طراحی های لازم جهت رفع پدیده ی برگشت فنری در محصول نهایی صورت گیرد.
    کلیدواژگان: تیتانیم خالص تجاری، پرسکاری در کانال های هم مقطع زاویه دار، استحکام استاتیکی، خمکاری سه نقطه ای، برگشت فنری
  • سیدمحمدحسین سیدکاشی*، فرزاد رحمنی، حسین امیرآبادی، محمدحسین پور گللو صفحات 277-283
    در فرایند کشش عمیق هیدرومکانیکی محفظه ای از سیال جایگزین ماتریس شده است و شکل نهایی قطعه براساس شکل سنبه ی صلب تعیین می گردد. جهت جلوگیری از بروز پارگی و چین خوردگی در قطعه لازم است فشار سیال در حین فرایند در محدوده ی کاری مجاز تغییر نماید. منحنی ناحیه کاری نشان دهنده محدوده حداکثر نسبت کشش قابل دستیابی بدون ایجاد پارگی در ورق، تحت بیشترین فشار محفظه ای می باشد. در این مقاله کشش عمیق هیدرومکانیکی فنجانی های با مقطع مربعی از جنس ورق دولایه آلومینیوم-فولاد به دلیل بالا بردن نسبت کشش آلومینیوم به صورت ورق دولایه ترکیبی با فولاد، با استفاده از آزمایش های تجربی و شبیه سازی های اجزای محدود بررسی شده است. به منظور تشخیص شروع پارگی در شبیه سازی از نمودار حد شکل دهی که به روش تجربی برای ورق دولایه آلومینیوم/ فولاد بدست آمد، استفاده شد. از آزمایش-های تجربی به منظور مقایسه و تایید صحت مدل اجزای محدود استفاده گردید. تاثیر پارامترهای فرایند مانند ضخامت لایه های مختلف ورق، فشار پیش بالج، فشار محفظه ای و ضریب اصطکاک بر روی ناحیه ی کاری و پنجره فرایند بررسی گردیده است. نتایج عددی نشان می دهد که برای هر فشار پیش بالج یک مقدار بهینه برای نسبت کشش مشخص وجود دارد. همچنین با افزایش فشار محفظه ای، چروکیدگی در ناحیه فلانج کاهش می یابد. با افزایش اصطکاک بین ورق و قالب یا ورق و ورق گیر ناحیه کاری کوچکتر شده، در حالی که با افزایش اصطکاک بین ورق و سنبه ناحیه کاری بزرگتر می شود. برای ارزیابی نتایج عددی برای نسبت کشش های متفاوت آزمایش های تجربی انجام شد که تطابق خوبی بین نتایج تجربی و عددی مشاهده گردید.
    کلیدواژگان: ورق دولایه، کشش عمیق هیدرومکانیکی، پنجره فرایند، نمودار حد شکل دهی، فنجانی مربعی
  • وحید اصغری، نقدعلی چوپانی *، مهدی حنیفی صفحات 284-290
    ارزیابی هایی که در مورد استحکام خطوط لوله انجام می شوند، نقش مهمی در طراحی و بهره برداری ایمن از این سازه ها دارند. امروزه خطوط لوله انتقال گاز در معرض فشارها ی داخلی زیاد تا MPa15 در محیط هایی با دماهای پایین هستند. برخورداری از استحکام و چقرمگی بالا برای فولادهای مورد استفاده در خطوط لوله امری ضروری است. در این تحقیق، چقرمگی با معیار KIC برای بدنه و درزجوش لوله API X65 که رایج ترین لوله مورد استفاده در خطوط لوله انتقال گاز ایران است، مطابق استاندارد ASTM E1820 تعیین شده است. آزمایش های تعیین چقرمگی با استفاده از نمونه های آزمایش از نوع کششی فشرده با شیار ها ی جانبی و دارای ترک های خستگی انجام شدند. این نمونه ها با استفاده از قطعه های جدا شده از بدنه لوله API X65 ساخته شدند. پس از ساخت نمونه های نهایی، آزمایش های تجربی تک نمونه ای جهت استخراج منحنی های مقاومت در برابر رشد ترک با استفاده از روش نرمی باربرداری انجام شدند. پس از انجام آزمایش ها و محاسبات لازم، مقادیر عددی KIC برای بدنه لوله و درزجوش بترتیب برابر MPam1/2302 و 262 MPam1/2 تعیین شدند. این نتایج می توانند بعنوان یک منبع اطلاعاتی جهت ارزیابی و مقایسه مقاومت در برابر رشد ترک برای بدنه و درزجوش و نیز تعیین مقادیر بحرانی طول ترک های موجود در خطوط لوله انتقال گاز بکار روند.
    کلیدواژگان: خطوط لوله انتقال گاز طبیعی، فولاد API X65، چقرمگی شکست، درزجوش مستقیم، روش نرمی باربرداری
  • سید رحمان پژمان سرشکه، مریم رضوی، علیرضا رجبی، محمدرضا مراد* صفحات 291-302
    الکترواسپری به عنوان یکی از روش های پاشش مایع به علت تولید قطرات با سایز بسیار ریز و توزیع یکسان از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است، لذا شناسایی حالت های مختلف ناشی از آن بسیار مفید بوده و نشان دهنده ی رفتار مایع در میدان الکتریکی می باشد. در این مقاله به صورت یک مطالعه ی تجربی، حالت های مختلف الکترواسپری براساس شکل منقاره ی مایع خروجی از نازل و چگونگی ایجاد جت و شکست آن معرفی می گردند و به حالت های چکیدن، هم نژاد، دوکی شکل، دوکی شکل چندگانه، مخروط متناوب، جت نوسانی، جت منحرف، جت مخروطی، جت چندگانه، جت ساده و جت منشعب تقسیم بندی می گردند و نیروهای وارد بر جت و قطرات در هر حالت بررسی می گردند. نهایتا برای اولین بار در دنیا نمودار دبی بر جسب ولتاژ که بیانگر دامنه ی عملکردی حالت های مختلف الکترواسپری می باشد، برای اتانول مایع که به عنوان یک سوخت پاک پرکاربرد می باشد در دامنه ی وسیعی از دبی بین 0-80 ml⁄h و ولتاژ بین 0-8.5kV رسم می شود. لازم به ذکر است کلیه مطالعات پیش رو شامل بر شناسایی حالت های پاشش و دامنه ی تغییرات آنها براساس عکسبرداری به روش سایهنگاری توسط یک دوریبن سرعت بالا و یک دوربین با وضوح تصویر بالا از پدیده الکترواسپری انجام شده است. در چینش حاضر مشاهده شد برای همه ی دبی ها در ولتاژهای کوچک تر از 3kV حالت چکیدن که گاهی به همراه حالت هم نژاد است ایجاد می گردد، در ولتاژهای بین 3-4kV شاهد حالت دوکی شکل خواهیم بود و برای ولتاژهای بزرگتر از 5.5kV حالت جت چندگانه را شاهد هستیم. باقی حالت ها در حدفاصل ولتاژ 4-5.5kV رخ می دهد.
    کلیدواژگان: الکترواسپری، مودهای پاشش، اتانول، منقاره ی مایع، نیروهای اعمالی
  • ایمان بندارصاحبی، قادر علیایی، آزاده کبریایی* صفحات 303-310
    یکپارچه سازی دهانه ورودی با بدنه هواپیما و پشتیبانی بهینه سامانه رانش هواتنفسی توسط دهانه، یکی از چالش برانگیزترین مسائل مرتبط با طراحی هواپیما و کارآیی رانشی است. غیرمنعطف بودن دانش مکانیک سیال از یکسو و قیود عملکردی سیستم هوا تنفسی از سوی دیگر مانع از توسعه و تغییر سریع ساختار دهانه ورودی شده است. یکی از مهمترین قیود هندسی تاثیرگذار در طراحی دفیوزر، تغییر شکل بهینه مقطع ورودی دهانه از ساختار غیر دایروی در مقطع ورودی به ساختار کاملا دایروی در صفحه کمپرسور است. از آنجایی که یکپارچه سازی دهانه با بدنه هواپیما نیازمند استفاده از مقاطع غیر دایروی در هندسه ورودی دهانه است، الگوریتم توسعه سطح داخلی دفیوزر بر اساس اتصال مقطع غیر دایروی به یک مقطع دایروی و بهینه سازی آن نقش کلیدی در کارآیی گاز-دینامیکی سامانه مکش بازی می کند. این مسئله در دهانه ورودی مافوق صوت بسیار با اهمیت تر است. در این مقاله شیوه طراحی دهانه ورودی با استفاده از روش معکوس در میدان حاصل از شوک در ماخ 1.6 ارائه و مدل هندسی حاصل به صورت عددی شبیه سازی شده است. در این روش گوشه های دهانه وردی مستطیلی به گونه ای گرد می شوند که تغییری در ساختار شوک مایل سطح تراکمی ایجاد نشود. به عبارت دقیق تر بخش گرد شده نیز جزءی از سطح تراکمی سه بعدی خواهد بود.
    کلیدواژگان: دهانه ورودی مافوق صوت، طراحی هندسی معکوس، سطح تراکمی سه بعدی، شبیه سازی عددی، رانش هوا تنفسی
  • علی موسوی محمدی، علیرضا اکبرزاده* صفحات 311-322
    در این مقاله فرآیند تولید مسیر برای ربات‏های صنعتی به روش راهنمایی دستی، با در نظر گرفتن دوری از نقاط تکین به صورت بلادرنگ بررسی می‏شود. ویژگی بارز این رویکرد دوری از تکینگی است که از طریق تغییر پارامترهای کنترل امپدانس در فاصله معین از نقاط تکین، هشدار لازم به کاربر داده خواهد شد. مجری نهایی ربات به یک سنسور نیرو مجهز شده که کاربر آن را در دست می‏گیرد و مسیر مورد نظرش را تولید می‏کند. این مسیر از طریق راهنمایی دستی مجری نهایی ربات برای فرآیندهایی نظیر جوشکاری و رنگ ‏زنی تولید شده و بوسیله کنترلگر ربات ذخیره می‏گردد. هنگام تولید مسیر، احتمال وقوع تکینگی ربات بوسیله کاربر وجود دارد. بنابراین باید شناسایی فاصله و راستای تکینگی ربات حین تولید مسیر به صورت آنلاین انجام شود زیرا نزدیکی به نقاط تکین می‏تواند منجر به سرعت زیاد و ناگهانی مفاصل ربات شود. این موضوع با توجه به حضور فیزیکی کاربر در فضای کاری ربات، ایمن نخواهد بود. به منظور شناسایی تکینگی، از روش ساده بیضیگون حرکت‏ پذیری استفاده شده است که به دلیل حجم محاسبات کم، امکان پیاده‏سازی آنلاین آن وجود دارد. بعلاوه در رویکرد پیشنهادی جهت حفظ ایمنی، سرعت مجری نهایی در مقداری مشخص، اشباع خواهد شد. مزیت اصلی این رویکرد امکان پیاده‏ سازی بلادرنگ و تضمین سلامت کاربر به دلیل دوری از تکینگی می‏باشد. آزمایش‏های عملی برای بررسی رویکرد پیشنهادی روی ربات اسکرا انجام شده است. بررسی نتایج پیاده‏ سازی آزمایش‏ها نشانگر توانایی رویکرد پیشنهادی در برخورد با مساله تکینگی در حین راهنمایی دستی توسط کاربر است.
    کلیدواژگان: راهنمایی دستی، ربات های صنعتی، تولید مسیر، کنترل امپدانس، بیضیگون حرکت پذیری
  • سید حسین منوری، احسان معانی، حسین نجات پیشکناری، مهدی الوندی صفحات 323-329
    برای انجام تست های ارتعاشی یک سازه توسط شیکر، نمونه تست توسط یک فیکسچر به سازه متصل می گردد. از آنجا که فیکسچر کاملا صلب نمی باشد، بر دینامیک نمونه تست تاثیر گذار بوده و طراحی بهینه آن از اهمیت بالایی برخوردار است. همچنین عدم قطعیت خصوصیات مکانیکی نظیر اتصالات در فرایند اسمبل نمودن ممکن است سبب بوجود آمدن ارتعاشات ناخواسته یا تشدید گردد. یکی از موارد اجتناب ناپذیر در انجام تستهای ارتعاشی با شیکر، اتصال نمونه تست بوسیله فیکسچر می باشد. در این مقاله، مدل ریاضی شیکر به همراه فیکسچر به صورت یک مدل دو درجه آزادی در نظر گرفته شده و یک شکل بهینه برای فیکسچر استخراج می شود. فرکانس ها و مودهای فیکسچر طراحی شده به صورت عددی و تجربی آنالیز شده و مقایسه می گردد. تاثیر میزان سفتی پیچهای اتصال فیکسچر به شیکر با جزئیات زیاد مورد تست قرار گرفته و تاثیر آن بر فرکانس مودهای مختلف و نسبت انتقال آنالیز می شود. با آزمایشات انجام شده مشخص می شود که افزایش میزان سفتی گشتاور پیچ ها، فرکانس همه مودها را افزایش می دهد. همچنین افزایش سفتی باعث افزایش نسبت انتقال نیز می گردد. علاوه بر آن، نشان داده می شود که با افزایش بیشتر سفتی پیچ ها تقریبا به 50 درصد سفتی بیشینه مجاز، تغییر خاصی در فرکانس های مودها و نسبت انتقال مشاهده نمی شود.با آنالیز نتایج تجربی صورت گرفته، مقدار بهینه برای گشتاور سفتی پیچها ارائه می گردد که روند انجام شده می تواند در طراحی و تست موارد مشابه نیز استفاده گردد.
    کلیدواژگان: شیکر، فیکسچر، آنالیز دینامیکی، پاسخ فرکانسی
  • حامد کریمیان علی آبادی، احمد احمدی*، علیرضا کرامت صفحات 330-338
    در این مقاله تحلیل جریان گذرا در خط لوله ویسکوالاستیک در حوزه فرکانس با درنظر گرفتن اثرات اندرکنشی سیال–سازه بر مبنای یک فرمول بندی جدید انجام شده است. در این راستا ابتدا مبانی ریاضی به منظور دستیابی به ماتریس انتقال تعمیم یافته تدوین شده است. در ادامه معادلات حاکم بر جریان سیال و معادلات سازه ای از حوزه زمان به حوزه فرکانس تبدیل شده و تلاش گردیده تا با استفاده از فرمول بندی مساله در قالب ماتریس انتقال مشتمل بر بردار متغیرهای هیدرولیکی و سازه ای، نمایش ساده تری از رفتار ویسکوالاستیک حاصل گردد. عدم نیاز به حل انتگرال پیچش و دستیابی به معادلات جبری بجای معادلات انتگرالی حاصل بکارگیری ابزارهای حوزه فرکانس در این تحقیق می باشد. در ابتدا برای صحه گذاری مدل پیشنهادی دو حالت پایه، یکی لوله صلب و دیگری لوله الاستیک تحلیل گردیده و نتایج حاصل از آنها با داده های تجربی موجود و همچنین نتایج حل زمانی مبتنی بر شیوه مشخصه ها مقایسه شده اند. نتایج در سطح مطلوب بر داده های مرجع منطبق بودند. در ادامه با داشتن اطلاعات و مشخصات یک مدل آزمایشگاهی معتبر برای شرایط لوله ویسکوالاستیک کد شبیه سازی رفتار گذرا در محیط متلب پیاده سازی گردیده و در این حالت نیز نتایج حاصل از مدل پیشنهادی، انطباق خوبی با داده های تجربی و منحنی های آزمایشگاهی نشان می دهد. نتایج این تحقیق نشان می دهد استفاده از ابزارهای تحلیل در حوزه فرکانس می تواند با سرعت و دقت بالا عملکرد گذرای یک خط لوله را بدست دهد.
    کلیدواژگان: حوزه فرکانس، لوله ویسوالاستیک، جریان گذرا، ماتریس انتقال، اندرکنش سیال، سازه
  • مختار محمدی، علیرضا ریاسی* صفحات 339-348
    امروزه استفاده از از انرژی برق- آبی در جهان به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر بطور چشم گیری گسترش یافته است. یکی از روش های استحصال این انرژی استفاده از توربین های محوری با هد خیلی کم در رودخانه ها می باشد. در این تحقیق، طراحی و بهینه سازی یک توربین آبی محوری با هد خیلی کم ( 2.9 متر) انجام شده است. گام اول در بهینه سازی توربین، تولید هندسه اولیه مناسب می باشد. برای این منظور از روش طراحی یک بعدی مبتنی بر قانون اویلر استفاده شده است. پیشرفت الگوریتم های محاسباتی در طراحی و تخمین عملکرد توربین های آبی نقش بسزایی داشته است. در این تحقیق شبکه توسط قسمت مش نرم افزار انسیس ایجاد و سپس میدان سیال با حل سه بعدی معادلات ناویر- استوکس در سی. اف. ایکس برای رانر شبیه سازی شده است. بهینه سازی این هندسه با بهینه کردن نسبت ضریب برا به پسا برای مقاطع مختلف پره به دست می آید. از روش سی. اس. تی جهت پارامترسازی و از نرم افزار ایکس-فویل برای استخراج مشخصه های جریانی ایرفویل استقاده شده است. سپس ضرایب ایرفویل با کمینه کردن نسبت پسا به برا توسط الگوریتم اف. مین. سرچ نرم افزار متلب اصلاح شده اند. نتایج نشان می دهد که راندمان در نقطه کاری در هندسه بهینه شده حدود 2.4 درصد افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: توربین، هد بسیار کم، ایرفویل، بهینه سازی، سی، اس، تی
  • امیر حسین فرجی، مسعود گودرزی*، سید حسین سیدین، کارمینه مالتا صفحات 349-356
    جوشکاری ترکیبی لیزر- قوس روش جدیدی است که به واسطه ی مزیت های فنی و اقتصادی آن در صنایع مختلف کاربرد پیدا نموده است. در این روش، دو منبع جوشکاری لیزر و قوس به طور همزمان بر قطعه اعمال می شوند، به نحوی که از مزیت های هر دو روش استفاده شود. هدف از این تحقیق، بررسی قابلیت و توانایی روش جوشکاری لیزر پیوسته ی ان دی یگ– تیگ نسبت به روش جوشکاری لیزر به تنهایی برای جوشکاری ساندویج پنل فوم از جنس آلیاژ آلومینیوم AA6082 می باشد. بدین منظور آزمایشات جوشکاری لیزر حالت جامد و همچنین جوشکاری ترکیبی لیزر ان دی یگ - تیگ صورت گرفت تا تاثیر پارامترهای جوشکاری شامل توان لیزر، شدت جریان الکتریکی قوس و سرعت جوشکاری بر ابعاد جوش بررسی شود. به کمک آنالیز آماری نتایج، پارامتر های مناسب جوشکاری برای جوشکاری لیزر و جوشکاری ترکیبی لیزر ان دی یگ- تیگ ساندویج پنل های فوم آلومینیوم محاسبه گردید. نتایج نشان داد که در جوشکاری ترکیبی لیزر-قوس، آستانه ی توان لیزر مورد نیاز برای تشکیل حفره سوراخ کلید، نسبت به جوشکاری لیزر کم تر است. بعلاوه، افزایش توان لیزر و کاهش سرعت جوشکاری باعث افزایش همزمان عمق و پهنای جوش می شود. درحالیکه، با افزایش شدت جریان الکتریکی، عمق نفوذ جوش تقریبا ثابت مانده و تنها پهنای جوش افزایش می یابد. مقایسه ی نتایج جوشکاری لیزر و جوشکاری ترکیبی نشان داد که با اضافه نمودن یک قوس یک صد آمپری به منبع لیزر دوهزار واتی، می توان سرعت جوشکاری را از 2 به 3 متر بر دقیقه افزایش داد که نشانگرتوانایی و راندمان مناسب جوشکاری ترکیبی لیزر - تیگ است.
    کلیدواژگان: جوشکاری ترکیبی لیزر، تیگ، پنل ساندویچی، فوم آلومینیوم، عمق جوش، پهنای جوش
  • سید مهدی مهنما، مرتضی خیاط* صفحات 357-368
    در این مقاله، به بررسی تاثیر اضافه نمودن یک لایه متخلخل آب گریز (MPL) در سمت کاتد یک پیل سوختی پلیمری بر عملکرد آن پرداخته می شود. برای این منظور، شبیه سازی سه بعدی و دو فازی غیر هم دما برای لایه های مختلف سمت کاتد یک پیل سوختی پلیمری شامل کانال گاز، لایه نفوذ گاز (GDL)، لایه متخلخل نفوذ گازی آب گریز (MPL) و لایه کاتالیست انجام شده است. معادلات حاکم بر جریان سیال درون پیل سوختی با استفاده از مدل چند فازی میکسچر از طریق کد نویسی حل شده و توزیع سرعت، فشار، دما، غلظت اجزاء واکنش گر و میزان اشباع آب مایع در لایه های مختلف سمت کاتد پیل بدست آمده اند. همچنین اثر تغییر خواص فیزیکی و رطوبتی MPL شامل ضخامت، تخلخل، زاویه تماس و نفوذپذیری آن بر میزان اشباع آب و نیز عملکرد پیل مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزودن لایه اضافی MPL بین لایه های نفوذ گاز و کاتالیست به دلیل تفاوت در خواص رطوبتی این لایه ها یک ناپیوستگی در اشباع آب و غلظت اجزاء واکنش گر در سطح تماس آنها به وجود می آید. همچنین بر اساس نتایج بدست آمده، افزایش تخلخل MPL باعث کاهش اشباع آب مایع و در نتیجه بهبود عملکرد پیل می شود، در حالی که افزایش ضخامت آن، عملکرد پیل را کاهش می دهد. به منظور صحه گذاری نتایج بدست آمده، منحنی عملکرد حاصل از شبیه سازی تک فازی و دوفازی پیل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده و تطابق خوبی مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: پیل سوختی پلیمری، شبیه سازی دوفازی، لایه متخلخل آب گریز، منحنی عملکرد پیل سوختی، اشباع آب مایع
  • محرم حبیب نژاد کورایم*، امین حبیب نژاد کورایم، معین طاهری، سعید رفیعی نکو صفحات 369-377
    امروزه جابه جایی میکرو/نانوذرات مورد توجه بسیار جهت ساخت ابزارهای مختلف در مقیاس میکرو/نانو و کاربرد در علوم پزشکی و زیستی است. پروب میکروسکوپ نیروی اتمی بسیار رایج برای جابه جایی دقیق در مقیاس ابعاد کوچک است. در حین نانومنیپولیشن، میکرو/نانوذرات می توانند به نقطه ی مطلوب نهایی با دقت بسیار بالایی با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی در مود تماسی با کنترل دقیق پروب آن جابه جا شوند. در این مقاله با انتخاب مناسب ورودی گشتاور اعمالی به راس پروب، به کنترل انحراف از مرکز پروب و مشاهده ی میزان جابه جایی پروب از راستای قائمش پرداخته شده است، تا در هنگام جابه جایی، میکرو/نانوذره همواره با پروب در تماس باشد. محیط های مایع مختلف (آب، الکل و پلاسما) با میکرو/نانوذرات مختلف اعم از زیستی و غیرزیستی جهت این مطالعه به کار گرفته شده است. علاوه بر این، با استفاده از کنترل مود لغزشی، پروب میکروسکوپ نیروی اتمی در محیط های آب، الکل و پلاسما استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که زمان لازم برای کنترل میکرو/نانوذرات مختلف در محیط پلاسما کمتر از محیط آب است؛ همچنین زمان مورد نیاز در محیط آب کمتر از محیط الکل می باشد.
    کلیدواژگان: کنترل مود لغزشی، نانومنیپولیشن، میکروسکوپ نیروی اتمی، محیط های مختلف
  • سمن صدری پور، امیر جلالی* صفحات 378-388
    گالوپینگ کابل ها یکی از انواع ارتعاشات خود تحریک است که دارای دامنه ی بالا و فرکانس پایین می باشد. در این مقاله، به منظور بررسی گالوپینگ غیر خطی یک کابل آویخته با در نظر گرفتن سفتی های خمشی و پیچشی آن، از مدل تیر منحنی شکل استفاده شده است. کابل مورد بررسی تحت نیروهای خارجی جریان باد، حرکت پایه سمت راست و در شرایط یخ زدگی مقطع آن فرمول بندی شده است. با فرض نسبت شکم به دهانه ی کوچک و براساس مقادیر پارامترهای کابل در واقعیت، می توان به یک مدل کاهش یافته دست یافت که شامل معادلات کلاسیک، مانند آن چه برای کابل انعطاف پذیر به دست می آید، به همراه یک معادله ی اضافه حاکم بر پیچش کابل می باشد. این سیستم دو درجه آزادی با به کارگیری روش گلرکین با استفاده از یک مد درون صفحه و یک مد خارج از صفحه به عنوان توابع ویژه گسسته شده است و شامل عبارات غیرخطی مرتبه دو و مرتبه سه می-باشد. با استفاده از روش مقیاس های چندگانه با در نظر گرفتن تشدید داخلی 1:1 معادلات دامنه-فاز به دست آمده اند. سرعت باد و خروج از مرکزی مقطع به عنوان پارامترهای کنترلی در نظر گرفته شده اند و تاثیر خروج از مرکزی سطح مقطع برروی دامنه ی گالوپینگ مورد بررسی قرار گرفته است. از نتایج چنین بر می آید که دامنه ی ارتعاشات در سرعت های بالا با در نظر گرفتن خروج از مرکزی رفتاری کاملا متفاوت از خود نشان می دهد. بدون در نظر گرفتن خروج از مرکزی دامنه ی ارتعاشات با افزایش سرعت، افزایش می یابد در حالی که با در نظر گرفتن خروج از مرکزی، دامنه در سرعت های پایین افزایش ولی در سرعت های بالا کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: گالوپینگ، کابل، جریان باد، تیر منحنی شکل، تئوری اغتشاشات
  • سعید شکی، محمدرضا ذاکرزاده*، موسی آیتی، اسوه جدی نیا صفحات 389-396
    وجود پدیده غیرخطی هیسترزیس یک چالش در رفتار آلیاژهای حافظه دار مغناطیسی می باشد. برای رفع این مشکل، رفتار هیسترزیس موجود در این مواد را مدلسازی می-کنند. مدل پرنتل-ایشلینسکی بدلیل سادگی و دارابودن معکوس تحلیلی، یکی از مدل های پرکاربرد در این حوزه می باشد. این مدل در دو نوع مستقل از نرخ و وابسته به نرخ ارائه شده است. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که با افزایش فرکانس تحریک، هیسترزیس موجود در رفتار آلیاژهای مغناطیسی افزایش می یابد. بنابراین مدل مستقل از نرخ پرنتل-ایشلینسکی نمی تواند این تغییرات را در نظر بگیرد. در این پژوهش، با استفاده از ستاپ تست تجربی، ولتاژ ورودی در فرکانس های تحریک 0.05 تا 0.4 هرتز به عملگر آلیاژ حافظه دار مغناطیسی اعمال شده و خروجی موقعیت عملگر نیز بوسیله سنسور القایی اندازه گیری می شود. مدلسازی آلیاژ حافظه دار مغناطیسی با مدل تعمیم یافته پرنتل-ایشلینسکی وابسته به نرخ ارائه شده و مدل اصلاح شده آن نیز پیشنهاد شده است. برای افزایش توانایی مدل در توصیف رفتار هیسترزیس اشباع و نامتقارن آلیاژهای مغناطیسی مدل اصلاح شده جدیدی، توسط نویسندگان مقاله با به کاربردن تابع تانژانت هیپربولیک در خروجی مدل ارائه شده است. برای آموزش مدل های مذکور دو فرکانس تحریک 0.05 و 0.2 هرتز انتخاب شده و پارامترهای مدل با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ژنتیک بااین مجموعه داده بدست آمده است. اعتبارسنجی مدل ها نیز در فرکانس 0.1، 0.3 و 0.4 هرتز انجام گرفته است. نتایج نشان می دهد که مدل اصلاح شده بدلیل استفاده از تابع تانژانت هیپربولیک بهتر توانسته هیسترزیس های نامتقارن و بسیار اشباع شده در رفتار آلیاژهای حافظه دار مغناطیسی را توصیف کند.
    کلیدواژگان: آلیاژ حافظه دار مغناطیسی، هیسترزیس، مدل پرنتل، ایشلینسکی وابسته به نرخ
  • علی رئیسی، حمیدرضا غفوری*، داود رستمی صفحات 397-408
    در این تحقیق به بررسی و ارزیابی روش های گالرکین ناپیوسته در شبیه سازی معادله انتقال جرم و جریان پرداخته شده است. برای این منظور معادلات غیر خطی حاکم بر جریان و انتقال جرم در یک محیط متخلخل اشباع با استفاده از چند روش گالرکین ناپیوسته منقطع سازی گردید و از روش ضمنی برای منقطع سازی زمانی استفاده شد. در اینجا هر دو نوع شرط مرزی دیریشله و کوشی برای معادله انتقال جرم اعمال شد. به منظور جلوگیری از خطای ناشی از ناسازگاری روش های بکار گرفته شده در منقطع سازی معادله جریان و معادله انتقال جرم، تنها از ترکیب های سازگار استفاده گردید. پس از منقطع سازی، روش پیکارد اصلاح شده برای خطی سازی معادلات جبری حاصله بکار گرفته شد که برای از بین بردن نوسانات غیرفیزیکی در حل عددی از محدود کننده شیب استفاد شد. برای تقریب سرعت هماهنگ، روش فرالکوویچ-نابنر بکار گرفته شد. به منظور ارزیابی و صحت سنجی مدل از سه مسئله بهره گرفته شد که نتایج حاصل حاکی از دقت بسیار مناسب و پخش عددی کم مدل دارد. همچنین با استفاده از یک مسئله سیال ساکن، اهمیت تقریب سرعت هماهنگ نشان داده شد.
    کلیدواژگان: گالرکین ناپیوسته، تقریب سرعت هماهنگ، روش های سازگار، محدود کننده شیب
  • فرشاد اکبری پناه*، محمد امین صلواتی، رضا محمودی صفحات 409-416
    در پژوهش حاضر، ابتدا آلیاژ منیزیم AM60 ریخته گری شده و سپس تحت فرآیند اکستروژن داغ قرار گرفته است. در مرحله بعد، نمونه های اکسترود شده طی شش پاس تحت فرآیند فورج چندمحوری (MDF) قرار گرفته و سپس تاثیر این فرآیند بر ریزساختار، استحکام برشی و سختی سطح آن ها بررسی شده است. برای ارزیابی استحکام برشی و سختی سطح نمونه های اکسترود و MDF شده، آزمایش های سنبه برشی و توزیع میکروسختی در دمای اتاق انجام شده است. با بررسی نتایج آزمون سنبه برشی، مشخص گردید که هم تنش تسلیم برشی و هم استحکام نهایی برشی پس از پاس دوم MDF افزایش قابل ملاحظه ای داشته است به گونه ای که استحکام برشی نهایی از MPa 121.58 به MPa 142.42 رسیده است. سپس با افزایش تعداد عبورها هر دو پارامتر کاهش پیدا کرده اند ولیکن در همه پاس ها مقدار هر دو پارامتر نسبت به حالت اکسترود شده با افزایش همراه است. نتایج حاصل از آزمون توزیع میکروسختی نیز همین روند افزایشی و کاهشی را مورد تایید قرار می دهد که علت آن، تحولات بافت کریستالی می باشد. در این آزمون که به روش ویکرز صورت پذیرفته است، میانگین سختی سطح برای نمونه های اکسترود و MDF شده در پاس های 2، 4 و 6 به ترتیب 73.50، 85.93، 82.26 و 77.83 ویکرز می باشد که تطابق بسیار خوبی با نتایج آزمون سنبه برشی دارد. پس از فرآیند ساختار دانه بندی آلیاژ بسیار ریز شده به گونه ای میانگین اندازه دانه از 11.22 میکرومتر در حالت اکسترود شده به 1.91 میکرومتر بعد از پاس ششم MDF کاهش پیدا کرده است.
    کلیدواژگان: تغییر شکل پلاستیک شدید، فورج چندمحوری، آلیاژهای منیزیم، خواص مکانیکی، ریزساختار
  • مهیار اشکواری، عقیل یوسفی کما*، مسعود شریعت پناهی، حسین کشاورز صفحات 417-428
    با توجه به ضرورت افزایش کارائی نسل های جدید ربات های انسان نما، در این مقاله، به منظور افزایش سرعت حرکت ربات انسان نما سورنا3، یک مکانیزم انتقال قدرت برای تحریک مفصل مچ پیشنهاد شده و انرژی مصرفی در مکانیزم پیشنهادی و پیشین مورد مطالعه قرار گرفته است. در مکانیزم پیشنهادی، موتورهای محرک مفصل مچ به لینک ساق پا منتقل شده اند و به منظور ایجاد حرکت دورانی مچ حول محور طولی، از ترکیب تسمه-پولی و هارمونیک درایو و برای دوران مچ حول محور عرضی، از مکانیزم رولراسکرو استفاده شده است. جهت صحه گذاری بر روند طراحی، نتایج شبیه سازی حرکت ربات با داده های تجربی مقایسه شده اند و در نتیجه این روند، مدل دینامیکی با تقریب خوبی با مدل واقعی ربات مطابقت پیدا کرده است. سپس، به منظور ایجاد طراحی مسیر پایدار ربات، از الگوریتم فراابتکاری ژنتیک برای بهینه سازی پارامترهای موثر حرکت ربات براساس تابع هدفی که ماکزیمم گشتاور مفصل زانو را حداقل می کند، استفاده شده است. این فرآیند بهینه سازی در حرکت مستقیم الخط ربات بر روی سطح صاف اعمال شده و در نتیجه این روند، پارامترهای طراحی مسیر بهینه برای مکانیزم پیشنهادی به نحوی بدست آمده اند که منجر به کاهش گشتاورهای مفاصل پائین تنه ربات نسبت به ربات سورنا3 شده اند. همچنین، مکانیزم پیشنهادی با کاهش جرم کف پا، استفاده از موتورهای سبک تر و نیز رسیدن به سرعت های بالاتر برای ربات را ممکن می سازد.
    کلیدواژگان: ربات انسان نما، مکانیزم تحریک مفصل مچ، گشتاور مفاصل، الگوریتم ژنتیک
  • سید عیسی کرانیان، سیامک اسماعیل زاده خادم*، مهرداد کوکبی صفحات 429-438
    در این مقاله ارتعاشات آزاد غیرخطی ورقهی کامپوزیت پلیمری تقویت شده با نانولولهی کربنی مورد بررسی قرار گرفته است. ورقه به صورت ویسکو الاستیک فرض می شود. برای این منظور از مدل ویسکوالاستیک کلوین- ویت استفاده می شود. معادلات حرکت با در نظر گرفتن غیرخطی های فون-کارمن با استفاده از اصل هامیلتون استخراج می-شود. برای تحلیل معادلات غیرخطی حرکت در حالت آزاد از روش مقیاس های زمانی چندگانه استفاده می شود. با استفاده از این روش فرکانس های طبیعی غیرخطی سیستم بدست آورده می شود. اثر عوامل مختلفی همانند ضریب میرایی یا ویسکوزیته ماده، کسر حجمی نانولوله کربنی و همچنین نسبت ضخامت به بعد صفحه بر فرکانس طبیعی مورد بررسی قرار گرفته شده است. مشاهده می شود که افزایش نسبت ضخامت صفحه به طول آن، باعث افزایش فرکانس طبیعی غیرخطی صفحه میگردد. همچنین با افزایش کسر حجمی نانولوله کربنی فرکانس طبیعی غیرخطی سیستم افزایش می یابد. علاوه بر این تاثیر توزیع متفاوت نانو لوله بر روی فرکانس طبیعی غیرخطی و پاسخ زمانی سیستم مورد بررسی قرار گرفته شده است. همان طور که مشاهده می شود، فرکانس غیرخطی برای توزیع FGO بیشتر از حالت یکنواخت و برای توزیع FGX کمتر از حالت توزیع یکنواخت است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات غیرخطی، نانوکامپوزیت، مواد ویسکوالاستیک، روش مقیاسهای چندگانه
  • محمد کارکن* صفحات 439-444
    در این مقاله یک جزء مرتبه بالا برای تحلیل تیرهای با اثر برش پیشنهاد می گردد. این جزء دارای سه گره و شش درجه آزادی می باشد. رابطه سازی جزء برپایه ی کرنش برشی مرتبه ی یکم (FSDT) می باشد. برای این منظور، میدان جابجایی تیر از درجه پنج انتخاب می گردد. هم چنین، کرنش برشی جزء در طول آن نیز، دارای تغییرات درجه دو خواهد بود. یادآوری می گردد که، تغییرشکل محوری جزء نیز از درجه ی دو خواهد بود. با نوشتن رابطه های انحنا و کرنش برشی تیر تیموشنکو، تابع های درون یاب برای میدان های جابه جایی و دوران جزء به صورت صریح حساب می گردد. در ادامه، با بهره جویی از این تابع های درونیاب، ماتریس سختی جزء در دسترس قرار می گیرد. در پایان با آزمون های عددی دقت و کارایی جزء پیشنهادی مورد ارزیابی قرار می گیرد. این آزمون ها نشان دهنده ی دقت بالای جزء در تحلیل ایستایی تیرهای با اثر برش و هم چنین نبود مشکل قفل برشی می باشد. یادآوری می گردد که، به دلیل به کار بردن میدان جابه جایی درجه پنج، جزء پیشنهادی قادر است در تحلیل ایستایی برای بارهای گسترده با تغییرات خطی نیز، پاسخ های دقیق را برای تغییرمکان ها و نیروهای داخلی ارائه کند.
    کلیدواژگان: اجزای محدود، تیر تیموشنکو، جزء سه گرهی، تحلیل استاتیکی
  • یادداشت پژوهشی
  • جواد امنیان، مهدی معرفت* صفحات 445-448
    با استفاده از تخمین میزان آلاینده در یک پارکینگ می توان سیستم تهویه ای با تضمین ایجاد کیفیت هوای مناسب طراحی نمود. در این مقاله رابطه کاربردی بین افزایش غلظت آلاینده ناشی از خودروها با زمان در پارکینگ های بسته بدست آمده است. نتایج حاصل از الگوی فوق از نظر فیزیکی بخوبی بیانگر تغییرات میزان غلظت منوکسیدکربن در پارکینگ تحت تاثیر پارامترهای عملکردی است. علاوه بر میزان دبی هوا که پارامتری با اهمیت در افزایش کیفیت هوا در پارکینگ های بسته است، کارآیی خروجی آلاینده هم در کیفیت هوا تاثیر داشته و اثر آن در رابطه بیان شده در این مقاله قابل مشاهده است.
    کلیدواژگان: پخش آلودگی، پارکینگ طبقاتی، افزایش غلظت آلاینده، مدل عددی
  • علیرضا نادری*، رضا افشاری صفحات 449-452
    در این مقاله، اثرات شکل های هندسی مختلف نوک پره روتور اصلی بالگرد در پرواز ایستا، از دیدگاه آیرودینامیکی مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرند. برای این منظور به موضوع ضرایب آیرودینامیکی، جریان های چرخشی و دنباله های گردابی ناشی از نوک پره های روتور پرداخته می شود. فرآیند شبیه سازی عددی با نرم افزار فلوئنت و به روش حجم محدود ضمنی انجام شده است. شبکه های مورد استفاده به صورت باسازمان می باشند. اعتبارسنجی با نتایج تجربی کارادونا و تانگ انجام شده است. در این تحقیق جریان آشفته، تراکم پذیر و لزج می باشد. باتوجه به نوع خاص جریان برای انتخاب مدل آشفته در نرم افزار فلوئنت، نتایج مدل های مختلف (رنس) برای یک روتور معروف با یکدیگر مقایسه و درنهایت مدل آشفتگی k-ε استاندارد برای شبیه سازی روی روتورهای مورد نظر انتخاب شده است. برای حل عددی معادلات حاکم بر جریان روش بالادست (رو) با دقت مرتبه دوم در نظر گرفته شده است. سپس سیزده مدل روتور با شکل ها هندسی مختلف نوک پره ارائه شده و نتایج مدل ها با یکدیگر مقایسه شده اند. این بررسی ها نشان می دهد که اگر افزایش ضریب پیش ران مهم باشد، ضریب پیش ران پره های برپ 4، یوروکوپتر لبه آبی، نوک اکچوال، بالگرد بل-214 و برپ 3 نسبت به پره مستطیلی افزایش و اگر کاهش ضریب گشتاور مورد توجه باشد، ضریب گشتاور پره های بالگرد میل-17، سیکورسکی RH-53D، نوک مخروطی، بالگرد بل-412، سیکورسکی SH-3D و کومانچی RAH-66 نسبت به پره مستطیلی کاهش یافته و برای پره های برپ 3 و 4، نوک اوجی و بالگرد بل-214 بیشتر شده است.
    کلیدواژگان: هندسه نوک پره اصلی بالگرد، دنباله گردابی، جریان های چرخشی، شوک گذرصوت، شبیه سازی عددی
|
  • Amir Nejat *, Hamid Reza Kaviani Pages 1-11
    This paper presents a fast and efficient aerodynamic optimization method for megawatt class wind turbines. For this purpose WP_Baseline 1.5 MW wind turbine is used as a test case. Modified particle swarm optimization (PSO) algorithm is used in this study. PSO parameteric studies are conducted, to increase both efficiency and speed of optimization cycle. Since in aerodynamic optimization, it is very desirable to limit the number of the variables, in this study geometric 'class function/shape function' transformation technique (CST) is used for blade geometry parameterization and the appropriate order of shape function polynomial is proposed for S818, S825 and S826 airfoils. Improved Blade Element Momentum (IBEM) theory is implemented for wind turbine power output estimation, validated with experimental and Computational Fluid Dynamic (CFD) data of AOC wind turbine. The aerodynamic data needed for IBEM is provided by XFoil software. XFoil output data for pressure coefficient and wall shear stress which are validated against experimental and CFD data, are applied as the aerodynamic input data for IBEM method.
    The twist, the chord and 3 types of airfoil for all sections of the turbine blade are optimized using IBEM method. Optimization is performed with realistic constraints to produce feasible geometry. The performance of the final optimized geometry is simulated via 3D steady incompressible Navier–Stokes equations coupled with Transition SST Model CFD simulation to predict the performance improvement. The results show about 4 percent power enhancement for WP_Baseline wind turbine.
    Keywords: Optimization, Aerodynamic, Particle Swarm Algorithm, Horizontal axis wind turbine
  • Mehran Saadati Nasab, Morteza Anbarsooz *, Mohammad Passandideh, Fard Pages 12-22
    Numerical investigations of the effects of ocean water waves on the structures and also the devices designed to capture energy from waves, primarily need proper generation of desired water waves with Specific features. In this study, a numerical method for generation of nonlinear irregular waves is proposed for viscous flow simulations based on Navier-Stokes equations. The numerical method is based on a control-volume approach where a two-step projection method is used to solve the governing equations. In this regard, the motion of the flap-type wavemaker inside the water is simulated using the fast-fictitious domain method, the VOF method is used to capture the free surface evolutions and high-viscosity regions are employed to damp the reflecting waves. First, various methods of wave generation for the numerical wave tanks, available in the literature, are reviewed and next, three waves with different wave steepness are simulated to demonstrate the capabilities of the proposed method. Results show that the method can effectively produce irregular waves, from linear waves up to the steep nonlinear ones. Furthermore, shallow to deep water waves can be generated with reasonable accuracy using the proposed method.
    Keywords: Irregular wave, Volume of fluid, Fast fictitious domain, Flap type wave maker
  • Danial Hakimi Rad, Behrooz Mohammadkari, Mehdi Maerefat * Pages 23-34
    Nowadays, modern windows with standard caulking used in most buildings. Study of air infiltration and caulking this windows in several ways such as energy, indoor air quality, thermal comfort and pollution entering in the building is important. In this study consists of two parts, first experimentally investigated the airtight performance of various window gaskets. For this purpose, using 8 different types of gaskets and simulate modern window gap, air infiltration rates measured at different pressure differences. The results show that the airtight performance of various gaskets are different. Also fitted the experimental results by power low equation, and relations and coefficients for calculate air infiltration rate of modern windows (sealed windows), respectively. In the second section due to the very low air infiltration rate of the experimental results, indoor air quality assessed by numerical modeling methods. In the sample model, air infiltration of modern windows as ventilation and human breathing as a source of CO2 simulated. Indoor air quality is weighed by the CO2 concentration in the interior space. The results show that the air infiltration of window gaps to ensure air quality during the 8 hours is not enough. Then, assuming uniform distribution of CO2 in the sample space, and solve the transfer species equation for the problem situation, analytical equation for evaluating indoor air quality were achieved. Analytical results matches on numerical simulation results exactly. The results of this study can be very useful for HVAC engineers.
    Keywords: Air infiltration, Modern windows, Air sealing, Indoor air quality IAQ, CO2 concentration
  • Rahman Seifi *, Hossein Hakimi Pages 35-44
    In this study, fatigue growth of external surface cracks on the autofrettaged cylinders under bending is investigated. Autofrettage is a process in which a thick-walled cylinder subjected to internal pressure with known amount, causing some portions on the inner zone of the cylinder deformed plastically. In this case, removing the pressure causes compressive residual stresses on the inner layers and tensile stresses on the outer wall. The goal is increasing the fatigue durability of the product by inducing residual compressive stresses into materials, but along with this, there are adverse tensile stresses which can decrease the life due to the outer defects. In this paper, the external cracks are in the forms of half-elliptical, semi-elliptical and semi-circle. Samples made by aluminum 2024 alloy. The cylinders were autofrettaged up to 40 and 60 percent. Cracks were located in circumferential direction and normal to cylinder axis. The numerical simulations were performed by finite element method. Experimental data and numerical results were compared. Results show that the number of load cycles to fracture, in the 60% autofrettaged cylinders are smaller than those for 40% and also smaller than the state without autofrettage. Distribution of stress intensity factor along the crack front is symmetric and crack grows in its initial plane which indicating the dominance of the first mode of failure during the crack growth. In all samples, after some steps of the growth, crack front transforms to the semi-elliptical shape until complete fracture.
    Keywords: Autofrettage, External crack, Fatigue crack growth, Bending
  • Arash Hatami, Behnam Moetakef, Imani * Pages 45-53
    The attenuation of mechanical load is one of the most effective approaches in wind turbine components cost reduction, and improving the control system reduces mechanical loads with minimum effort. In modern wind turbines, electrically-excited synchronous generators are mostly applied in direct-drive structure. In current research, generator field voltage along with the blade pitch angle is employed for tower load reduction in a novel multivariable-adaptive control structure. The controller is designed based on the extracted model with aerodynamic, vibratory and electrical interactions. The centralized multivariable structure is chosen to simultaneously reduce rotor speed fluctuations and tower vibrations. Since the nonlinear wind turbine model is complex, the controller is designed via optimization process. The nonlinear aerodynamic behavior of blades influences the closed-loop performance in different operating condition; therefore controller is adapted to the condition by employing gain-scheduling method. The effects of signal noise, digital control and higher-order dynamics of electrical system might defect the closed-loop stability. The designed controller is implemented on a wind turbine simulator which includes the before-mentioned effects. By comparing the performance of the multivariable adaptive controller with a two input-one output multivariable controller, it is proven that the mechanical loads acting on tower have been greatly decreased.
    Keywords: Multivariable, adaptive control, Wind turbine simulator, Mechanical load reduction, Non, linear model
  • Ali Reza Tahavvor *, Pouya Zarrin Chang, Soroush Abadi Iranagh, Shahin Heidari Pages 54-60
    In this study a numerical model based on the finite element method is used to simulate the behavior of human lumber spine. Due to lack of realistic models, in the present work a lumber spine model is generated from Computational tomography (CT-Scan) images by Mimics 17 software. Also, according to the wide range of loading conditions, to achieve realistic results, optimized loads acquired from other researches are used. Human lumber spine model which is used in this study consists of five vertebrae, five discs, and all ligaments. Model is loaded under statically conditions and calculated with ANSYS-Abaqus 16 (Simulia Inc., Providence, USA) software. Obtained results are compared with other numerical simulation results and experimental measurements which are reported in other researches. Numerical modeling consists of six cases as follows: intervertebral rotation, interadiscal pressure and facet joint forces under the axial rotation and lateral bending with compressive follower force loadings. In all cases, intervertebral rotation, interadiscal pressure and facet joint forces are reported. Comparisons show that obtained results have a good agreement with experimental measurements. Therefore, results show that realistic model with optimized loadings predicted the behavior of lumber spine more accurate than other numerical models.
    Keywords: Lumbar Spine, Axial Rotation, Lateral Bending, Finite element method
  • Mehdi Ahmadvand, Mostafa Mafi, Mostafa Sefidgar *, Majid Soltani Pages 61-68
    The Nowadays the use of modified compartmental model in order to estimate the transmission of tracer to the cells or cancerous tissues is focused extensively. The modified compartmental model includes two compartments, one to predict the mass transfer from vessels and a compartment to describe metabolism occurring inside the tissue. In the modified compartmental model, the kinetic rate constants can be obtained by estimating the parameters between the compartments. The accurate calculation (estimation) of rate factors over the region under study has an important role in coinciding the time activity curve obtained by compartmental modeling and the curve resulted from experimental data which is the main tool to distinguish the cancerous and normal tissues. Today most of doctors us the standard uptake value to study the amount of tracer uptake in cancer suspicious regions in order to have a more accurate recognition of cancerous and normal tissues. In this paper the Patlak graphical analysis method and standard uptake value (SUV) method are used to predict the tracer uptake into the tissue. A comparison between the uptake parameter resulted from the two mentioned methods with the uptake parameter obtained by modified compartmental model in a rat shows the accuracy of the Patlak method in distinguishing the cancerous tissues from the normal ones.
    Keywords: Modified Compartmental model, Patlak graphical analysis, standard uptake value, positron emission tomography
  • Shahrouz Omidvar Oghani, Ali Reza Teymourtash * Pages 69-80
    Supercritical fluids have substituted non-super critical fluids in some areas of industry because of their unique characteristics and have been the subject of numerous experimental, numerical and analytic studies since their discovery. In this study laminar natural convection between a hot vertical tube with constant temperature and supercritical carbon dioxide with uniform temperature at inlet is simulated by utilizing a numerical model. The simulation is a two-dimensional, pseudo-transient numerical model based on finite volume method. The main objective of this study is to investigate and analyze the effect of severe property variations of supercritical carbon dioxide on the flow and temperature field of natural convection that ultimately affect heat transfer rates with respect to non-critical natural convection. Numerical simulations have been carried out for temperature and pressure ranges of 305K to 312K and 7.5MPa to 9MPa respectively. Span and Wanger’s multi-parameter equation of state have been used directly to determine carbon dioxide properties around pseudo critical temperature for the first time. Results indicate an increased rate of total heat transfer up to 160% near pseudo-critical temperature and 118% in other temperatures for supercritical natural convection with respect to ideal gas assumption.
    Keywords: Supercritical Fluid, Natural convection, Vertical Tube, Finite volume, Nusselt Number
  • Aminreza Noghrehabadi *, Amir Haghparast Pages 81-91
    In this paper, the modified couple stress theory is used to study static and dynamic pull-in instability of a general model of a nano-cantilever under a sudden applied DC voltage in the presence of the surface effects. A partial part of the nano-cantilever is subject to the electrostatic and capillary forces. Euler-Bernoulli theory is used to model the beam and the equation of motion is derived by using Hamilton’s principle. The governing equations are transformed into a non-dimensional form and then solved using finite element method (FEM). The results, obtained using FEM are compared with the data available in the literature and found in good agreement. Basic parameters for engineering design at the nanoscale, such as deflection and pull-in voltage have been calculated for both of the dynamic and static modes. The results of dynamic analysis of the beam show that as the voltage increases, the beam goes into an oscillating mode with large amplitudes just before pull-in phenomenon occurs and the beam collapses into the substrate (fixed electrode). Moreover, it is found that a decrease in the length of the fixed electrode (increase of the partially affecting parameter), and the increase of the fringing field effect, the size effect and the surface effect increases the pull-in voltage of the nano-cantilever beam.
    Keywords: Nano, beam, Pull, in, Couple stress theory, partially affected nano beam
  • Ali Salari, Alireza Sharifi, Hamid Niazmand * Pages 92-102
    Injection drug micro particles into arteries is one of the stenosis treatments. Micro particles scattered in blood flow collide with plaques, drug is absorbed to treat stenosis. Since the collision of drug particles with artery wall depends on blood flow pattern, the efficiency of this method relies on guiding drug particles to stenosed site, otherwise the patient must take much higher drug dosage which has various side effects. Applying magnetic field and guiding drug particles to the target area extensively increases efficiency of the treatment and cuts side effects. In the present study, efficiency of using drug particles in vertebrobasilar system to treat atherosclerosis with and without applying magnetic field has been investigated. Ansys-Fluent commercial software has been used for numerical simulation. Results indicate applying magnetic field plays an important role in drug particles circulation as drug captivation surges almost 16 times. Injecting location and the particle diameters also have been examined and found to be important in the treatment effectiveness.
    Keywords: Vertebrobasilar system, Vertebral Artery, Atherosclerosis, Magnetic field, Magnetic micro particles
  • Ali Keymasi Khalaji * Pages 103-112
    One of the main topics in the field of robotics is the formation control of the group of robots in trajectory tracking problem. Using organized robots has many advantages compared to using them individually. Among them the efficiency of using resources, the possibility of robot's cooperation, increasing reliability and resistance to defects can be pointed out. Therefore, formation control of multi-body robotic systems and intelligent vehicles attracted considerable attention that is discussed in this paper. First, kinematic and kinetic equations of a differential drive wheeled robot are obtained. Then, reference trajectories for tracking problem of the leader robot are produced. Next, a kinematic control law is designed for trajectory tracking of the leader robot. The proposed controller steer the leader robot asymptotically follow reference trajectories. Subsequently, a dynamic control algorithm for generating system actuator toques is designed based on feedback linearization method. Afterwards, formation control of the robots has been considered and an appropriate algorithm is designed in order to organize the follower robots in the desired configurations, meanwhile tracking control of the wheeled robot. Furthermore the stability of the presented algorithms for kinematic, dynamic and formation control laws is analyzed using Lyapunov method. Finally, obtained results for different reference paths are presented which represents the effectiveness of the proposed controller.
    Keywords: Wheeled mobile robot, Nonholonomic systems, Trajectory Tracking, Formation control
  • Elmira Taheri, Ehsam Roohi * Pages 113-122
    In the present study, the convergence behavior of the direct simulation Monte Carlo (DSMC) method is extensively explored. The Simplified Bernoulli Trials (SBT) collision algorithm is applied to simulate a one-dimensional nano Fourier heat conduction problem, which consists of rarefied gas confined between two infinite parallel plates with unequal temperatures. The investigations compares the Sonine-polynomial coefficients ak calculated from the DSMC results with theoretical predictions of the Chapman-Enskog (CE) theory. In addition, the convergence behavior of the wall heat flux and the ratio of the DSMC-calculated bulk thermal conductivity (KDSMC) to the infinite-approximation of CE theoretical value (K) is studied. The numerical accuracy of the DSMC method is found to be restricted in regards to three parameters: time step, cell size, and number of computational particles per cell. The dependency of the SBT collision algorithm on these discretization errors has been investigated in comparison with the standard collision algorithm, i.e., no time counter (NTC). The results indicate that SBT can achieve analytical solutions of the Sonine polynomials using fewer particles per cell than NTC. Moreover, in the SBT algorithm, the effective parameter in the convergence is Δx/Δt ratio, which should be adjusted accurately. This study shows that by decreasing the number of particle per cell to even one particle in a constant Δx/Δt setting, the SBT algorithm accurately predicts solutions where the NTC algorithm fails.
    Keywords: Direct simulation Monte Carlo, Simplified Bernoulli Trials, Chapman, Enskog, Discretization errors
  • Hamid Parhizkar *, Asghar Ebrahimi, Elyas Lekzian Pages 123-134
    In the present paper a DSMC solver is utilized to study the effects of wall heating/heater plates on performance parameters of microthruster systems. The solver uses local Knudsen number based on the gradient of flow properties to distinct the molecular and continuum region. This solver uses theory of characterisitcs for determination of inlet and outlet boundary conditions. Proper cell dimensions, number of particles per cell, and grid study are performed to guarantee the accuracy of simulations. Three typical micropropulsion systems are studied. All three systems have a microchannel and a converging-diverging micronozzle. First type is cold gas micropropulsion system, second type is a microthruster with wall heated channel, third type is microthruster with heater plates inside. The first type is considered as reference case and two other systems are compared with type1. It is obsereved that heating the walls in microthruster type2 accelerates the flow and increase the specific impulse of the system. In micropropulsion device type3, heater plates increase downstream temperature of convergent-divergent nozzle and also elevate the specific impulse. Due to considerable mass flow rate decrease of system type3, its thrust is decreased whereas mass flow rate of system type2 is not decreased as much as type3 and therefore the thrust of microthruster type2 is more than type1 and type3. Hence the second microprolusion system configuration has higher performance paratmeters in comparison with two other systems. It is also observed that increasing of wall temperature in microthruster type2 decrease the thrust and specific impulse sensitivity to temperature increase.
    Keywords: DSMC Solver, Wall Heating, Heater Plates, Local Knudsen Number, Microthruster Thrust, Specific Impulse, Sensitivity Analysis
  • Mousa Rezaee *, Mir Mohammad Ettefagh, Reza Fathi Pages 135-142
    One of the new methods for reducing the vibrations of rotors with variable imbalance is implementing automatic ball balancer (ABB). Although, the ABB has numerous advantages, it has one major deficiency; increasing the rotor vibration amplitude at transient state that limits the use of this type of balancers. In the previous studies for diminishing the mentioned deficiency, a new type of ball balancer which is called the ball-spring ABB, is introduced and the dynamic behavior of Jeffcott rotor equipped with the ball-spring ABB is investigated. In the Jeffcott rotor model the gyroscopic effect is not considered, however, in practice and in many applications, due to asymmetry which comes from the offset of the rotor from the shaft mid-span, the gyroscopic effect is generated. In such conditions, the results of Jeffcott model are not reliable and dynamic behavior of the ball-spring ABB should be investigated in the presence of gyroscopic effect. In this paper by considering the asymmetry in the rotor-shaft system and taking into account the gyroscopic effect, the equations of motion of a rotor equipped with the ball-spring ABB are derived. The time responses of the system are computed and based on the Lyapanov first method, the stable regions are extracted. The results show that not only the gyroscopic effect does not affect on the performance of the ball-spring ABB, but also the magnitude of the Eulerian angles of the rotor equipped with the ball-spring ABB is less those the rotor equipped with the traditional one.
    Keywords: Automatic Ball, Spring Balancer, Gyroscopic Effect, Stable Region, Transient State
  • Saeid Shakhesi *, Yasin Nazari, Ahamad Hatami, Mohammad Noghabi Pages 143-153
    Residual stresses and distortion are of the main disadvantages of welding process which determining the amount and distribution of them have great importance in the design of structures, especially in the space industry. In this study, a finite element method is used to analyze the thermo- mechanical behavior of a spherical shell due to TIG welding. The spherical shell is made of titanium alloy (Ti-6Al-4V) with 2 mm thickness. The modeling of welding process is based on an uncoupled thermo- mechanical coupling. TIG welding is examined for six cases based on current intensity and welding progress speed setting the voltage on 12 V in all cases. Distribution of temperature and residual stresses caused by TIG welding of the titanium spherical shell have been extracted and compared among the six different cases. The effects of current intensity and welding progress speed on shell distortion and residual stress have been investigated. The results showed that increasing the current intensity and decreasing the welding progress speed have the most effects on longitudinal residual stresses which the amount of this increasing reached to %44 for decreasing the welding progress speed. Welding distortion increases to maximum %132 by increasing current and decreasing welding progress speed.
    Keywords: Titanium alloy (Ti, 6Al, 4V), TIG welding, Residual stresses, Finite element method, Spherical shell
  • Salman Ahmadi, Rambod Rastegari * Pages 154-164
    Object grasping by robot fingers with purely rolling constraints is one of the most interested issues under consideration by many researchers. In earlier studies, the main goal is the manipulation of object under purely rolling constraints to reach the final stable configuration. In this paper, we addition to derive kinematic and dynamic equations of the system dual fingers robot and grasp semicircular object on the horizontal plane with rigid hemi spherical fingertips under pure rolling constrained, we investigate object manipulation on desired path with keeping dynamics stability. In this way, we use modified multiple impedance control for object manipulation and robot fingers by considering the required reforms in this control law. In method multiple impedance control is made by applying to the desired behavior of the entire system, including fingers and object, dynamics stability condition is satisfied. In this way power adjustment and that these forces arrive in the right place largely effective in minimizing slip is the fingers on the surface object. The results of simulations shows the eligible object manipulation and dynamics stability by fingers robot under pure rolling grasp.
    Keywords: Dual fingers Grasp, Stability, Object Manipulation, Finger tips, Multiple Impedance Control
  • Mohammad Hosseini *, Abbas Zandi Baghche Maryam Pages 165-176
    In this research, based on nonlocal elasticity theory, static and dynamic analysis of an elastic homogeneous nanotube conveying fluid with clamped - clamped boundary conditions is investigated. The nanotube is under electrostatic actuation and magnetic field with considering the surface effects, mechanical and thermal force. Transverse displacement of the nanotube consists of two parts static and dynamic displacement. In this study, the static displacement is calculated by using the weighted residual method and instability and vibration frequency is analyzed by applying the generalized differential quadrature method. By applying a voltage greater than the critical value (called Pull - in voltage) the nanotube may undergo instability. In this investigation, the effect of various parameters such as velocity of fluid, length scale parameter, magnetic field, electrostatically voltage, effects of surface layer and thermal loading on the static displacements, natural frequency and Pull - in voltage of the nanotubes conveying fluid has been studied. Finally, the validity of the results by comparing them with the results of the numerical methods in previous research is investigated, in which there is very good agreement between the results of the present work and previous studies. The results show that the length scale parameter is significant parameter in the system's Pull - in voltage and its increasing lead to decreasing the Pull - in voltage. Also, it is shown that the dimensionless frequency and the static displacements, respectively, is decreased and increased with increases in the applied voltage.
    Keywords: Static, Dynamic Analysis, Instability, Electrostatic Actuation, Magnetic Fields, Nanotube Conveying Fluid
  • Seyed Morteza Homayoun Sadeghi *, Saeed Lotfan Pages 177-186
    In this paper the effect of artificial noise on the performance of nonlinear system identification method in reconstructing the response of a cantilever beam model having a local nonlinearity is investigated. For this purpose, the weak form equation governing the transverse vibration of a linear beam having a strongly nonlinear spring at the end is discretized by using Rayleigh-Ritz approach. Then, the derived equations are solved via Rung-Kutta method and the simulated response of the beam to impulse force is obtained. By contaminating the simulated response to artificial measurement noise, nonparametric nonlinear system identification is applied to reconstruct the response. Accordingly, intrinsic mode functions of the response are obtained by using advanced empirical mode decomposition, and nonlinear interaction model including intrinsic modal oscillators is constructed. Primary results show that the presence of noise in the response highly affects the sifting process which results in extraction of spurious intrinsic mode functions. In order to eradicate the effect of noise on this process, noise signals are used as masking signals in the advanced empirical mode decomposition method and intrinsic mode functions corresponding to the noise are extracted. Based on this approach, the dynamic of the noise in the response is identified and noise reduced signals are reconstructed by the intrinsic modal oscillators with appropriate accuracy.
    Keywords: Nonlinear system identification, Local nonlinearity, Advanced empirical mode decomposition, Nonlinear interaction model
  • Mahmood Mazare, Mohammad Rasool Najafi * Pages 187-198
    In this paper, design of an adaptive controller, as a combination of feedback linearization technique and Lyapunov stability theory, is presented for a parallel robot. Considering a three degree-of-freedom parallel mechanism of the robot, which serves pure translational motion for its end-effector, kinematic and constraint equations are derived. Then the dynamic model of the constrained system is extracted via Lagrange’s method to be used in the robot control. Two optimized trajectories are designed for the end-effector in the presence of some obstacles using harmony search algorithm to be tracked by the robot. An objective function is defined based on achieving to the shortest path and also avoiding collisions to the obstacles keeping a marginal distance from each. The first trajectory is a 2D path with four circular obstacles and the second is a 3D path with three spherical obstacles. Performance of the designed controller is simulated and studied in conditions including external disturbances and varying system parameters. The results show that the proposed adaptive controller has a suitable performance in control of the end-effector to track the designed trajectories in spite of external disturbances and also uncertainty and variation of the model parameters.
    Keywords: 3, PUU parallel manipulator, dynamic modeling of constrained systems, adaptive control, path planning, harmony search algorithm
  • Behruz Shahriari, Mohammad Taghi Ahmadian *, Vahid Ghorbanian Kerdabadi Pages 199-209
    As regards to daily developments in technology, applications of carbon nano tubes (CNTs) in manufacturing of many devices and equipment are widely promoted. Many sensors, nanomachines, and enhancement of oil, petrochemical and aerospace technologies are some of CNTs applications. With regard to importance and a wide range of these applications, recognition and investigation of CNTs behavior is extremely significant. CNTs have a little curvature naturally, hence they are predominantly subjected to different transverse loads. In this research, based on nonlocal elasticity theory, possibility of snap_through and bifurcation behaviors of arch shaped CNTs due to sinusoidal load distribution and on elastic foundation, are investigated and corresponding graphs are plotted. To obtain buckling critical loads, essential stability equations are derived. Finally the results of classic theory are compared with the results of nonlocal theory and it is indicated that the dimensionless scale parameter(λ), has a key effect on possibility of happening of the buckling and its type. According to the results and plotted graphs, in most cases, increase in dimensionless scale parameter(λ) has leaded to increase the possibility of bifurcation phenomena and some other cases, helped to transition from snap_through to bifurcation, meaning that the possibility of happening of the snap_through phenomena has been declined.
    Keywords: Nanoelectromechanical systems (NEMs), carbon nano tubes, Stability, Buckling, nonlocal elasticity theory
  • Bashir Seyed Hayat Gheib, Sina Sodagar * Pages 210-216
    Time-of-Flight Diffraction (TOFD) technique is a well-known inspection method used in ultrasonic nondestructive evaluation. This inspection technique is based on the time of arrival of the diffracted echoes from the tips of planar discontinuity. This is in contrast with the conventional ultrasonics, which relies on the amplitude of specular reflections received from discontinuities. Like any other technique, ToFD has its limitations. In this paper, the finite element method is employed to evaluate the planar defects using ultrasonic time-of-flight diffraction method. The commercially available software ABAQUS/Explicit is used to simulate the ultrasonic wave behavior in the wedge transducers, specimen and wave interaction with the embedded planar defect. The CPE4R plane strain element is employed for discretization of the steel specimen and wedge transducers. The CINPE4 infinite element is also used on the wedge side walls for reducing unwanted echoes and noise reduction inside the ultrasonic wedge. The wave attenuation of the Plexi-glass wedge is simulated as the mass and stiffness proportional damping model. Evaluation and sizing of various defects shows that, the accuracy of the proposed method is within acceptable range comparing to the conventional ToFD method.
    Keywords: Ultrasonic Waves, Wave Diffraction, Finite element method, Infinite Element
  • Payam Shafiei Gohari, Sajad Taghvaei *, Hossein Mohammadi Pages 217-223
    One of the most important factors in surveillance systems using robots, is the complexity and unpredictability of the robot trajectories. This becomes more vital in hostile conditions where the robot trajectory is being followed by another agent. Therefore, random or chaotic sequences can be used in motion planning of surveillant robots. However chaotic sequences would be more effective due to their deterministic nature. Moreover the intrinsic robustness and ergodicity of chaotic systems, compared to random functions, would be another advantage to be considered in surveillance systems which require comprehensive coverage. In this paper, a method is proposed for chaotic motion planning for boundary surveillance and implemented to a quadrotor robot. Quadrotor robot is introduced as an appropriate choice for boundary surveillance application due to high maneuverability and aerial functions. The chaotic trajectory is produced using Henon map. Then the dynamics of the system is derived and a sliding mode controller is designed for such chaotic motion. Finally the dynamics of the robot and the proposed controller are simulated to generate the chaotic trajectories for two cases. The performance of the proposed algorithm is discussed according to unpredictability and staying in the allowable region. A circular path and a non-smooth path are considered for simulation examples.
    Keywords: Boundary Surveillance, Chaotic Motion Planning, Quadrotor, Sliding mode control
  • Ashkan Parsa, Ahmad Kalhor *, Mohammadali Amiri Atashgah Pages 224-234
    In this paper, using both linear and nonlinear identification methods based on iterative and recursive least-square, the performance of a backstepping control system of a quadrotor in the presence of uncertainties is improved. At first, the dynamic model of a quadrotor is introduced and descriptive equations are presented in an appropriate state-space in order to design a controller based on backstepping method. Then the backstepping controller is designed using virtual controller for trajectory tracking. In this control system, the control performance is not satisfying because of the physical uncertainties existed in quadrotor. Consequently, an online identification method is introduced and used to improve the performance of the controller. In this regard, some parameters, which are linear in the model structure, are identified by least square error technique and iterative least square method is used for identifying other parameters.The results indicate that the steady-state error is decreased and the ability of tracking of a desired trajectory in the presence of uncertainties is increased. Furthermore, the result demonstrate the stabilization of roll and pitch angles, while, the method prevents the vibration of control forces.
    Keywords: Least, Square, Quadrotor, Backstepping, Online Identification, Trajectory Tracking
  • Mojtaba Hashemi, Ali Karmozdi, Alireza Naderi, Hassan Salarieh * Pages 235-243
    Inertial navigation system has drift error in underwater applications. Use of DVL with Kalman filter for position and attitude correction is common. Using velocity data decreases drift error in position estimation but this error exists and increases linearity with time. In this article the navigation system consists of inertial measurement unit (IMU) and a Doppler velocity log (DVL) along with depth sensor. With use of magnetic field measurement and earth magnetic field map a new measurement is generated. Discrete extended Kalman filter with indirect feedback is used for tightly coupled integrated navigation algorithm. This algorithm is based on inertial navigation error dynamics. This paper demonstrates the effectiveness of algorithm through simulation. The procedure of simulation is done by sensor data generation. Arbitrary trajectory with specific kinematic characteristic (linear and angular velocity and acceleration) is generated. Sensor data by adding noise and bias to kinematic characteristic of trajectory is produced. Simulation results reveal that the new algorithm with use of magnetic data and earth magnetic field map decreases the drift error with comparison to conventional INS-DVL integrated navigation algorithm.
    Keywords: INS, DVL, underwater navigation, IGRF, flux
  • Ali Mansouri, Hossein Ghaffarzadeh*, Majid Barghian, Morteza Homayoun Sadeghi Pages 244-254
    A variety of numerical methods were developed for the wave propagation analysis in the field of structural health monitoring. In this framework, meshless methods are suitable procedure for the analysis of problems such as damage initiation and its propagation or the fracture of materials. In this study, Hermit-type radial point interpolation method (HRPIM) is investigated for the numerical modeling of flexural wave propagation and damage quantification in Euler-Bernoulli beams using MATLAB. This method employs radial basis function (RBF) and its derivatives for interpolation which leads to Hermitian formulation. The evaluation of performance and capability of HRPIM is based on the comparison between the captured HRPIM ang benchmark signals using the root mean square error (RMSE) and reflection ratio from damage. The algorithm of damage quantification is the analytical solution which relates the reflection ratio to the damage extent. In this study, Gausian-type RBF is utilized and the number of field nodes, the size of support domain, shape parameters of RBF, the number of polynomials in the interpolation formula, the arrangement of background cells and the number of Gaussian points in damage length are the effective parameters on results. Based on the evaluation, the acceptable values and range of theses parameters are presented for correct modeling.
    Keywords: Meshless methods, Wave propagation, damage identification, Radial Basis Function, Radial point interpolation method
  • Seyed Masoud Vahedi, Mohammad Sadegh Valipour *, Filippo De Monte Pages 255-265
    Nowadays the use of Drug Eluting Stents (DESs) is considered as a successful method for the treatment of coronary artery blockage. In order to study the impact of the presence of topcoat on heparin-eluting stents efficacy, two designs (with and without drug free topcoat) have been compared to each other. Moreover, here the importance of the plasma flow as a controversial topic among researchers has been studied. In order to closer to reality heart working, plasma flow is considered as a pulsatile fashion. Also, the injury of the coronary artery penetrated to a depth of media layer during angioplasty. Volume-averaged porous media equations which describe the drug release dynamics are employed and solved numerically by Finite Volume Method (FVM). Results put the amount of strut penetration in the forefront of importance. Local drug pharmacokinetics experiences significant changes by strut passing through endothelium, intima and Internal Elastic Lamina (IEL) and being contiguous with media layer. Although the plasma flow decreases/increases the amount of concentration level and subsequently decreases/increases the amount of drug mass in media/adventitia layer, but the results show that these effects are not significant. Among other findings, it is notable that the presence of topcoat has a negligible effect on the release characteristics.
    Keywords: Drug Eluting Stents (DESs), Drug delivery, Atherosclerosis, Porous media, Pharmacokinetics
  • Reza Nasaeri, Mehran Kadkhodayan*, Mahmoud Shariati Pages 266-276
    Equal channel angular pressing (ECAP) is one of the most effective processes to produce ultra-fine grain (UFG) and nano-crystalline (NC) materials. Commercially pure titanium (CP-Ti) has a significant potential to be used as a biomedical and implant material because it shows excellent biocompatibility properties. This material has the low static and dynamic strengths. By applying the ECAP process, the strength of CP-Ti could be developed. The elastic recovery during unloading or spring-back phenomenon is one of the most sensitive parameters in sheet and bulk metal forming processes. This phenomenon leads to some unfavorable geometrical and dimensional changes in the final products and it must be decreased. In this study CP-Ti of Grade 2 is ECAPed at the room temperature via a channel angle of 135° for 3 passes. The microstructural analysis and mechanical tests such as the tensile and three-point bending tests are all performed on the ECAPed CP-Ti. The microstructural evolution reveals that by applying the ECAP, coarse grain (CG) structure develops to UFG structure. Moreover, the results of the mechanical tests show that applying the ECAP significantly increases tensile and bending strengths of the CP-Ti. Investigation of springback in three-point bending of unECAPed/ECAPed CP-Ti is conducted by experimental and finite element simulation methods using the Abaqus software. The results of this study reveal that by applying the ECAP, spring-back values increase. Thus, to eliminate the disadvantages of springback phenomenon, this should be considered in design and manufacturing of products include bent made of ECAPed material.
    Keywords: Commercially Pure Titanium, Equal channel angular pressing, Static strength, Three, point bending, Springback
  • S.M.H. Seyedkashi *, Farzad Rahmani, Hossein Amirabadi, Mohammad Hoseinpour Gollo Pages 277-283
    In hydromechanical deep drawing process, the traditional matrix is replaced by pressurized fluid, and the final shape is determined based on the shape of a rigid punch. It is required to change the fluid pressure within the allowed working zone during the process to prevent the workpiece from rupturing and wrinkling,. Working zone curve represents the range of maximum available drawing ratios without rupture under the highest chamber pressure. In this paper, hydromechanical deep drawing of square cups made of aluminum-steel double layer sheets are studied by experiments and finite element simulations. In order to detect the rupture onset in simulations, experimental forming limit diagrams were obtained using for aluminum/steel double layer sheet. Experimental data were used to validate the finite element model. The effects of process parameters such as thickness of the various layers, prebulge pressure, chamber pressure and the friction coefficient were investigated on the working zone and the process window. The numerical results show that an optimum amount for the drawing ratio exists for each prebulge pressure. Also, with increasing the chamber pressure, shrinkage is reduced on the flange area. With increasing the friction between the sheet and matrix or the sheet and blank-holder, working zone becomes smaller; while with increasing the friction between the sheet and the punch it becomes larger. Experiments were performed for different drawing ratios to evaluate the numerical results, in which a good agreement was observed.
    Keywords: Double Layer Sheet, Hydromechanical Deep Drawing, Process Window Diagram, Forming Limit Diagram, Square Cup
  • Vahid Asghari, Naghdali Choupani *, Mehdi Hanifi Pages 284-290
    Structuralintegrity assessments of pipelines play a key role in the design and safe operation of pipeline systems. Gas pipelines currently experience internal transmission pressures up to 15 MPa in low ambient temperatures. Combination of high strength and good toughness is essential for the steels and welded joints used in pipelines. In this study, the KIC toughness has been determined for base metal and seam weld of a pipe of grade API X65, following the ASTM E1820 standard. The API X65 steel is the most commonly used pipe material in Iran highpressure gas transportation pipelines. The fracture toughness tests employed sidegrooved and fatigue precracked compact tension specimens, extracted from the original pipe, to determine the crack growth resistance curves based upon the unloading compliance method using the single specimen technique. From these, KIC values of 302 MPam1/2 and 262 MPam1/2 were obtained for base metal and seam weld, respectively. These results produce toughness data which serve to evaluate and compare crack growth resistance of base metal and seam weld metal and to determine the critical sizes of acceptable cracks in pipelines.
    Keywords: Natural Gas Transmission Pipelines, API X65 steel, Fracture Toughness, Longitudinal Seam Weld, Unloading Compliance Method
  • Seyyed Rahman Pejman Sershkeh, Maryam Razavi, Alireza Rajabi, Mohammad Reza Morad * Pages 291-302
    Electrospray is an atomization method which produces monodisperse and fine droplets by applying a high potential difference between a nozzle and a counter electrode. Therefore liquid meniscus shows different behaviors when flow rate or applied voltage varies in the electrospray method. Here we report experimental study of these modes based on observation of the liquid meniscus shape emitted from the nozzle. The formation of different modes is reported and forces acting on the meniscus in each mode is discussed. In this work classification of electrospray modes is reviewed for wide range of flow rates, between 0-80 ml⁄h, and voltage, between 0-8.5 kV. Electrospraying of ethanol is studied as a promising clean fuel for wide range of voltages and flow rates. Formation of dripping, sibling, spindle, micro spindle, intermittent cone jet, oscillating Jet, precession, cone-jet, multi jet, simple jet and ramified jet modes is observed. It should be noted that all of this study such as identification of mode shapes have been done according to taking photo from electrospray phenomenon by method of shadowgraphy, and this method has been done by using a high speed camera and a high resolution camera. In present configuration, for all of flow rates, there is the dripping and sibling mode for all of voltages which are lower than 3kV, for voltages between 3-4kV the spindle mode will be seen and for the voltages which are more than 5.5kV the multi jet mode will be observed. There are the other mode shapes for voltages between 4-5.5kV.
    Keywords: Electrospray, Spraying Modes, Ethanol, Liquid Meniscus, Applied Forces
  • Eiman Bondar Saheby, Ghader Olyaei, Azadeh Kebriaee * Pages 303-310
    Integration of airframe and propulsion system is one of the most challenging steps in flight vehicle design cycles. In this paper, a three-dimensional supersonic inlet based on the wave-derived geometry technique has been designed and analyzed. Although the considered method was created for hypersonic forbodies, the idea is fully operational for the low supersonic inlet design at Mach 1.6. The inlet concept in this paper is formed from predefined profile elements which are used to generate the three-dimensional geometry in an oblique shock pattern. By this approach, the curved corner of the inlet entrance edge can generate the same shock as the main compression surface and also these curved surfaces provide the optimum transition between entrance geometry and compressor face which is important for the airflow quality and propulsive efficiency. The new concept has been validated by a series of accurate CFD simulations with completely structural grid domains. The major inlet's performance factors like total pressure recovery, flow distortion and mass flow capture ratio are calculated. The concept and it's accurate numerical simulations create a baseline for more advanced designs and researches about the three-dimensional inlets and geometry transition techniques between the different sections of duct.
    Keywords: Three dimensional supersonic inlet, Wave, derived geometry, Numerical simulation, Airbreathing propulsion, subsonic diffuser
  • Ali Mousavi Mohammdi, Alireza Akbarzadeh Tootoonchi * Pages 311-322
    This paper studies path generation using manual guidance procedure for industrial robots by considering real-time singularity avoidance. Main feature of the proposed approach is singularity avoidance by variating impedance control parameters in preset distance from singularity in order to warn operator. Robot end-effector is equipped with a force sensor which operator grasps it and produces desired path. The desired end-effector path is generated by operator’s manual guidance for applications such as welding and spray painting and is recorded by robot controller. Robot singular configuration is possible during the manual guidance. So real-time detection of singularity position and orientation have to be considered during path generation because it can lead to unexpected high robot joints velocity. This problem is not safe due to physical human-robot interaction. Manipulability ellipsoid method is utilized so as to singularity identification. The method can be utilized in on-line due to its simple and low calculation process. On the other hand, the end-effector velocity is saturated in a specific value in the approach considering safety issues. Two main advantages of the proposed approach are real-time application and high safety because of the singularity avoidance. Experiments are applied on a SCARA robot to study the effectiveness of the proposed approach. Experimental results show the ability of proposed approach in dealing with singularity problem during the manual guidance.
    Keywords: Manual Guidance, Industrial Robots, Path Generation, Impedance control, Manipulability Ellipsoid
  • Seyed Hossein Monavary, Ehsan Maani, Hossein Nejat Pishkenari, Mehdi Alvandi Pages 323-329
    Dynamic analysis of structures is of significant importance in a variety ofapplications. Modal parameters identification can be utilized in resonance frequency estimation, fault detection and its diagnostics in many industrial applications from automobile to aerospace and satellite industries. To perform the vibration tests utilizing shaker, test sample should be connected to shaker using fixture. No fixture can reproduce a perfectly rigid boundary condition; at some frequencies the interaction between the fixture and the structure will become important, causing the modes of the assembly to be considerably different from the fixed-base modes that would be predicted by an idealized finite element model. However, it would be very convenient to be able to estimate the fixed-base modes of a structure experimentally so they could be used to update or validate the model for the structure. In this paper, two degree of freedom model is considered for the system and optimal shape for fixture is designed based on the analytical analysis. Mode shapes and frequencies of fixture are investigated numerically and compared with experimental results. Effect of connection torques on the system dynamics such as power spectral density and natural frequencies is studied by performing different experimental analyses.
    Keywords: Shaker, Fixture, dynamic analysis, Frequency Response
  • Hamed Karimian Aliabadi, Ahmad Ahmadi *, Alireza Keramat Pages 330-338
    In this research the transient flow analysis in viscoelastic pipes considering Fluid Structure Interaction have been performed utilizing a newly developed formulation of Transfer Matrix Method in frequency domain. To obtain this extended form of TMM, mathematical processes was accomplished. Time domain governing equations have been transformed to frequency domain and then a suitable matrix form of them is used to study transient flow due to sudden valve closure. Obtaining a set of algebraic equations instead of integral equations and the ability to analyze this phenomenon without need to solve complex convolution integral, are some of the benefits of the frequency domain tools, which have been applied in this research. To verify the model, initially two cases of rigid and elastic pipe wall have been analyzed. Results showed good conformity comparing to experimental data and analytical solution available. Then having a set of reliable experimental data of transient flow in VE pipe, MatLab code was adopted to the model and fortunately here also results were in good compatibility with the experimental results. Also it has been showed that this model will be a suitable tool for parametric analysis and for determining the critical situations of the system. The results obtained from this research prove that using frequency domain tools will lead to an effective and precise model for simulating the transient flow characteristics in VE and also normal transmitting pipelines.
    Keywords: Frequency Domain, Viscoelastic Pipe, Transient Flow, Transfer Matrix Method, Fluid, Structure Interaction
  • Mokhatr Mohammadi, Alireza Riasi * Pages 339-348
    Utilization of hydro- power as renewable energy source is developed in the world now significantly. Using very low head axial turbines in rivers is one of ways for obtain this energy. In this research, design and optimization of an axial hydraulic turbine with very low head(2.9m) was done. The first step in the optimization of turbine is generation a suitable initial geometry. For this purpose one dimensional design approach based on Euler law was used. Development of computation algorithms is very efficient and suitable in hydraulic turbine design and performance investigation. In this research mesh was generated with mesh-ANSYS software and then the default domain was simulated by solving the 3-D Navier Stokes equations through the runner passages in the CFX software. Optimization geometry is obtained by optimization of Drag to Lift coefficient ratio for different blade midspans. For parameterization of airfoils, the “CST” method and for extraction of flow characteristics of airfoils XFOIL software were utilized. Then airfoil coefficients by minimization of Drag to Lift ratio with fminsearch algorithm in MATLAB software were corrected. The results show that the efficiency in design point is increased about 2.4%.
    Keywords: Turbine, Very Low Head, airfoil, Optimization, CST
  • Amir Hossein Faraji, Massoud Goodarzi *, Seyed Hossein Seyedein, Carmine Maletta Pages 349-356
    Hybrid laser-arc welding is a new welding process which received particular attention in various industries because of its technological and economic advantages. This process combines a laser beam and an electric arc to incorporate the advantages of both laser and arc welding processes. The main goal of this paper is to evaluate the performance and ability of hybrid Nd:YAG laser-TIG welding compared to lone laser welding process for welding of aluminum foam sandwich (AFS) panels of AA6082. For this aim, a set of experiments for both laser and hybrid laser-TIG welding were done to investigate the effects of welding parameters including laser power, arc current and welding speed on weld dimensions. Then, appropriate welding parameters for the laser and hybrid laser-TIG welding of AFS panels were calculated by statistical analysis. The results show that laser power threshold for creating the keyhole was less in hybrid laser-TIG welding than lone laser welding. Moreover, increasing the laser power and decreasing the welding speed result in increasing both the weld depth and width. But, with increasing the arc current, the weld depth remains almost unchanged and only the weld width increases. Comparing the laser and hybrid laser-TIG results show that adding a 100 A arc to a 2000 W laser source can increase the welding speed from 2 to 3 m/min which prove the high ability and efficiency of hybrid laser-TIG welding process.
    Keywords: Hybrid laser, TIG welding, Sandwich panel, Aluminum foam, Weld depth, Weld width
  • Seyed Mehdi Mahnama, Mehdi Mahnama * Pages 357-368
    In this paper, the effect of adding a hydrophobic micro porous layer (MPL) at the cathode side of a PEM fuel cell on the cell performance is investigated. For this purpose, a three dimensional two-phase non-isothermal simulation of cathode side layers of a PEM fuel cell which includes gas channel, gas diffusion layer (GDL), hydrophobic micro porous layer (MPL) and catalyst layer (CL) has been performed. The governing equations of fluid flow in the fuel cell are solved with a multiphase mixture model via developing a code and distribution of velocity, pressure, temperature, species concentration and liquid water saturation at the various layers of the cathode side of fuel cell are obtained. Furthermore, the effect of physical and wetting properties of MPL including thickness, porosity, contact angle and permeability on saturation level and performance of the fuel cell are studied. The results show that by adding an extra micro porous layer between GDL and catalyst layer because of differencing in the wetting properties of the layers, a discontinuity appears in the liquid saturation and species concentration at the contact surface of them. In addition, according to the obtained results, increasing the MPL porosity cause to decreasing liquid water saturation and improving the cell performance. While increasing the MPL thickness decreases the cell performance. In order to validate the results, the performance curves calculated by single and two-phase simulating were compared with experimental results and a good agreement was found between them.
    Keywords: Polymer electrolyte membrane fuel cell, Two, phase simulation, Hydrophobic porous layer, Fuel cell performance curve, Liquid water saturation
  • Moharam Habibnejad Korayem*, Amin Habibnejad Korayem, Moein Taheri, Saeed Rafee Nekoo Pages 369-377
    Nowadays, movement of micro/nano particles has been attracted considerable attention to manufacturing different devices in micro/nano scale and medical and biological applications. Atomic Force Microscope Probe is widely being used for precise small scale movements. During nano-manipulation, micro/nano particles can be moved to a desired destination with high accuracy using Atomic Force Microscope while in contact mode with precise probe control. In this article, by selecting a proper amount of torque applied to the probe tip, deviation from the center and movement of probe have been investigated to assure the contact between the probe and micro/nano particle. Different liquid environments (water, alcohol, and plasma) with different micro/nano particles including biological and non-biological have been used for this investigation. In addition, using sliding mode control, Atomic Force Microscope Probe was used in different environments such as water, alcohol, and plasma. Obtained results showed that the time needed to control different micro/nano particles in plasma was shorter than that of in water; also the time needed in water was shorter than that of in alcohol.
    Keywords: Sliding mode control, Nanomanipulation, Atomic Force Microscope, Different Environments
  • Saman Sadripour, Amir Jalali * Pages 378-388
    Galloping of cables is a kind of self-excited vibration and characterized with high amplitude and low frequency vibration. In this paper for investigating the nonlinear galloping of an inclined cable, considering flexural and torsional stiffness, a cable-beam model is used. The iced cable is formulated under the effects of combined wind flow and support motion. Assuming low sag to span ratio and using physical parameter values of the cable, the governing equation of motion is obtained as a classical equations of the perfectly flexible cable, plus a further equation governing the twist motion. These two degrees of freedom system is discretized via the Galerkin method, by taking in-plane and out-of-plane modes as trial function. Two resulting non-homogeneous ordinary differential equations are coupled and contain quadratic and cubic nonlinearities in both velocity and displacement terms. By using multiple scale method for 1:1 internal resonance, a first order amplitude-phase modulation equation, governing the slow dynamic of the cable, is obtained. In this paper the wind speed and the eccentricity of the iced section are set as the control parameters. Without consideration the eccentricity, the value of amplitude is increased as the wind speed is increased. But considering the eccentricity is reduced to firstly increasing and then decreasing the amplitude.
    Keywords: Galloping, Cable, Wind Flow, Curved Beam, Perturbation method
  • Saeid Shakki, Mohammad Reza Zakerzadeh*, Moosa Ayati, Osve Jeddinia Pages 389-396
    The hysteresis nonlinearity of the Magnetic Shape Memory Alloy (MSMA) actuator limits its control applications. To tackle the problems, usually the hysteresis behavior of these materials is models. Prandtl-Ishlinskii (PI) model is more practical in this area, because of its simplicity and having analytical inverse. Two versions of this model, entitled: rate-independent model and rate-dependent model, have been developed. Experimental results show that with increasing input frequency, the shape of hysteresis loops is amplified. In this study, by using experimental test setup the input voltage is applied to the MSMA actuator at the frequencies 0.05- 0.4 Hz and the displacement output captured by proximity position sensor, also the MSMA is modeled by generalized rate-dependent Prandtl-Ishlinskii (GRDPI) model and modified generalized rate-dependent Prandtl-Ishlinskii (MGRDPI) model. The modified version of the model are presented by the authors to enhance the ability of the GRDPI model for describing the asymmetric and saturated hysteresis behavior in MSMAs by hyperbolic tangent function in the model output. For training of the mentioned models, the actuation frequencies 0.05 and 0.2 Hz are selected and the model parameters of each model are also obtained by using genetic algorithm (GA). For validation of the models the hysteresis loop at frequency 0.1, 0.3 and 0.4 Hz is selected. The result shows that, due to using hyperbolic tangent function in the model output, the modified version of the GRDPI model can describe the hysteresis behavior in MSMAs more accurately.
    Keywords: Magnetic shape memory alloy, hysteresis, rate, dependent Prandtl, Ishlinskii
  • Ali Raeisi, Hamid Reza Ghafouri *, Davood Rostamy Pages 397-408
    The present paper aims to evaluate a class of discontinuous Galerkin methods for modeling of coupled flow and mass transport equations in porous medium. Various combinations of primal discontinuous Galerkin methods were used for discretization of the coupled nonlinear system of flow and mass transport equations in a saturated porous medium and a fully implicit backward Euler scheme was applied for temporal discretization. The primal DGs have been developed successfully for density-dependent flows by applying both Cauchy and Dirichlet boundary conditions to the mass transport equation. To avoid the errors arising from non-compatible selection of DG methods for flow and mass transport equations, only compatible combinations were applied. To linearize the resulting nonlinear systems, Picard iterative technique was applied and a slope limiter was used to eliminate the nonphysical oscillations appeared in solution. For the purpose of consistent velocity approximation, Frolkovic-Knabner method was used. Three benchmark problems were simulated for validation and verification of the numerical code, which the results from the simulations show a good accuracy and low numerical dispersion for the model. Finally, to highlight the significance of consistent velocity approximation, a hydrostatic test problem was prepared.
    Keywords: Discontinuous Galerkin, Locally conservative, Consistent velocity approximation, Compatible algorithms, Slope limiter
  • Farshad Akbari Panah*, Mohammad Amin Salavati, Reza Mahmudi Pages 409-416
    In the present study, AM60 magnesium alloy was casting and then subjected to hot extrusion process. Next, Multi Directional Forging (MDF) experiments with six pass numbers were conducted to investigate the influence of the operation on the microstructure and mechanical properties of these alloys. The shear punch test (SPT) and Vickers microhardness test were employed to evaluate the mechanical properties of the extruded and MDFed samples. Both the shear yield stress (SYS) and ultimate shear strength (USS) obtained from the shear punch test increased just after two passes but decreased with further pressing, although it was expected that the grains became finer with increasing the pass number. After two passes USS increased from 121.58 MPa to 142.42 MPa. This rise and fall indicates that texture softening overcame the strengthening effects of the grain refinement. The Vickers microhardness was measured across the cross sections of the extruded and MDFed samples, the results of this test also confirms that rise and fall procedure. The average microhardness of the extruded and MDFed samples were found to be respectively 73.50, 85.93, 82.26 and 77.83 HV for the extruded and 2,4 and 6 passes of MDFed, which confirms SPT results. Optical micrographs showed that processing by MDF reduces the grain size from 11.22 to 1.91 µm after 6 passes.
    Keywords: Sever Plastic Deformation, Multi Directional Forging, Magnesium alloys, Mechanical properties, Microstructure
  • Mahyar Ashkvari, Aghil Yousefi Koma *, Masoud Shariat Panahi, Hossein Keshavarz Pages 417-428
    Due to necessity of increasing performance in new generations of the humanoid robots, in this paper, a novel power transmission mechanism to actuate the ankle joint of a humanoid robot is presented in order to increase the motion speed of SURENAIII humanoid robot. Also, the energy consumption of the proposed and the previous mechanisms are studied. In the proposed mechanism, the actuators of the ankle joint are located in the shank link. Then, a combined timing belt-pulley and a harmonic drive module are exploited for power transmission for the pitch joint. Also, the roll joint drive has employed a roller screw. In order to validate the design procedure, the simulation results of the robot are compared with the experimental data. The results reveal that the dynamic model is fairly matched to the real behavior of the robot. Also, the revolutionary genetic algorithm is employed to optimize the effective path planning parameters with respect to the minimum knee joint torque. This optimization procedure which is employed in robot walking on flat terrains consist of straight motion, ensures the robot's stability. As a result, the optimal path planning parameters for proposed mechanism are obtained in such a way that has decreased the actuating torques of lower-body of SURENAIII. Also, the proposed mechanism can achieve using lighter motors and getting the robot faster by means of mass reduction of foot.
    Keywords: Humanoid Robot SURENAIII, Ankle Joint Actuation Mechanism, Knee Joint Torque, Genetic Algorithm
  • Seyed Eisa Koranian, Siamak Esmaeelzadeh Khadem *, Mehrdad Kokabi Pages 429-438
    The present study probes the nonlinear free vibrations of viscoelastic polymeric composite plate reinforced by carbon nanotubes. For this purpose, Kelvin-Voigt model is utilized. Moreover, the equations of motion are extracted by the Hamilton principle and taking into account Von Karman nonlinearity. In order to solve and analyze nonlinear free vibrations, the researchers utilized multiple scales method. Thanks to this method, the normal nonlinear frequencies of the system were obtained, and as well, the impact of various factors such as dampness coefficient, material viscosity and carbon nanotubes volume fraction were investigated. Besides, the thickness-dimension ratio of the plate and its impact on the normal frequency was also studied. The findings of the study highlighted that an increase in the ratio of plate’s thickness to its length causes an increase in the normal nonlinear frequency of the plate. Additionally, as the volume fraction of the carbon nanotubes increases, system’s normal nonlinear frequency increases as well. Finally, the impact of different distribution of carbon nanotubes on the normal nonlinear frequency and system’s time response was also probed. As it could be vividly observed, nonlinear frequency for FGO distribution was reported to be further than uniform distribution, but the trend was in reverse for FGX distribution.
    Keywords: Multiple scales method, Nonlinear Vibration, Nanocomposite, Viscoelastic materials
  • Mohammad Karkon * Pages 439-444
    In this paper a new high order element is proposed for analysis of beams with shear deformation effect. In each node of this element exist translation and rotation degrees of freedom. The element’s formulation is based on the first-order shear deformation theory (FSDT). For this aim, displacement field of the element is selected from fifth order. Moreover, the shear strain is varied as quadratic function throughout the element. It is worth emphasizing that the quadratic function can be used for axial displacement field. By employing of curvature and shear strain relations of Timoshenko beam theory, the exact and explicit shape functions of the displacement fields is obtained. By utilizing these shape functions, beam elements’ stiffness matrix is also calculated. Finally, several numerical tests are performed to assess the robustness of the suggested element. The results of the numerical testes are proven the absence of the shear locking and high accuracy and efficiency of the proposed element for analysis of beam and frame structures. It should be mentioned, due to utilizing fifth order function for displacement field, the proposed element calculate exact solution for displacements and internal forces throughout the element for triangular distributed loads.
    Keywords: Finite Element, Timoshenko Beam, Three, node Element, Static Analysis
  • Javad Amnian, Mehdi Maerefat* Pages 445-448
    By using the initial estimation of CO concentration in enclosed parking lots, the designer could design a ventilation system with assurance of producing good air quality. In this paper, the practical correlation of CO increasing due to cars and time in enclosed parking lots is proposed. The proposed model is represents the variation of CO concentration in parking lot according to functional parameters. In addition to air flow ventilation, the effect of CO removal effectiveness on the air quality of enclosed parking lots is expressed in the proposed relation.
    Keywords: Pollution dispersion, multi floor parking lot, pollution increasing, Numerical simulation
  • Alireza Naderi *, Reza Afshari Pages 449-452
    In this article, the effects of helicopter main rotor blade tip geometric shapes on the aerodynamic of hover flight are analyzed. Aerodynamic coefficients, vortical flows and vortex wakes are discussed. Fluent software with implicit finite volume method has been used for numerical simulation process. The grids are structured. Experimental results of the Caradonna and Tung have been used for aerodynamic validations. In this investigation, the flow has been considered turbulent, compressible, and viscous. The results of several RANS models for a specific rotor have been compared together and finally the standard k-ε turbulent model has been selected. The Roe method with second order scheme was selected. Thirteen different geometrical shapes on the tip of the blades have been presented and the results of the models have been compared together. These studies show that the blades of BERP IV, Blue edge, Actual, Bell-214 and BERP III produce maximum thrust and MIL-17, Sikorsky RH-53D, Tapered, Bell-412, Sikorsky SH-3D and Comanche RAH-66 produce minimum torque and also the blades of BERP III and IV, Ogee and Bell-214 produce maximum torque.
    Keywords: Helicopter main blade tip geometry, Vortex wake, Vortical flows, Transonic shock, Numerical simulation