فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال هفدهم شماره 5 (امرداد 1396)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال هفدهم شماره 5 (امرداد 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/04/19
  • تعداد عناوین: 49
|
  • مقاله پژوهشی کامل
  • مرتضی حق بیگی، اسماعیل خان میرزا* صفحات 1-11
    خودکاری و همکاری از مهمترین جنبه های تحقیقاتی سیستم های بدون سرنشین هستند که به واسطه آن ها، استفاده بیشتری از مزیت این سیستم ها امکان پذیر می شود. بیشترین کاربردها مربوط به موسسات دولتی مانند گشت ساحلی، گشت مرزی، خدمات اورژانسی و پلیس است که نیاز به سیستم های نظارت و مراقبت دارند. در این تحقیق یک الگوریتم همکاری برای تیمی از پهپادهای خودکار به منظور تعقیب هدف متحرک در محیطی پرخطر طراحی و شبیه سازی شده است. ابتدا یک فرمول بندی ریاضی برای تعریف منطقه عملیات شامل انواع مختلف تهدیدات در یک چارچوب واحد ارائه شده است. سپس یک استراتژی هدایت با بکارگیری سیستم قانون پایه، برای هدایت هر پهپاد به موقعیت مشخص شده توسط الگوریتم همکاری ارائه شده است که الزامات تکمیل ماموریت، اجتناب از موانع، کمینه کردن سطح تهدیدات، اجتناب از برخورد و در نظر گرفتن قیود دینامیکی پهپادها را شامل می شود. الگوریتم همکاری توسط یک آرایش متغیر وابسته به یک تابع هزینه تعریف شده و به واسطه آن عملکرد تیم تعقیب بهبود یافته است. زیرا منطقه تحت پوشش سنسورها، کیفیت تخمین و انعطاف پهپادها برای یافتن مسیر پروازی افزایش می یابد. در انتها کارایی الگوریتم در یک محیط شبیه سازی به کمک نرم افزار متلب مورد ارزیابی قرار گرفته است که شامل دینامیک پرنده ها، مدل اندازه گیری و ارتباطی و اجرای گسسته الگوریتم هدایت می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که الگوریتم های پیشنهادی موفق به ایجاد مسیرهای پروازی مناسب با توجه به الزامات و اهداف ماموریت شده است.
    کلیدواژگان: همکاری، هدایت خودکار، تعقیب هدف، طراحی مسیر، پرنده بدون سرنشین
  • حسن عبداللهی* صفحات 12-20
    از آنجائیکه کانتیلیور ها پایه و اساس بیشتر قطعات مبتنی بر ساختارهای MEMS می باشند، در این مقاله فرآیند ساخت کانتیلیور با فناوری میکرو ماشین کاری حجمی بیان شده است و از آن فرآیند برای ساخت آرایه ای از میکروکانتیلیورهای تک ماده ای از جنس SiO2 استفاده شده است. نتایج حاصل از این مقاله می تواند پایه و اساس طراحی و ساخت حسگرهایی باشد که بر پایه کانتیلیور از جنس SiO2 استوار است. طراحی فرآیند ساخت کانتیلیور ها در 13 مرحله با 2 ماسک شیشه ای و طلقی انجام شده است و معلق سازی آن ها نیز به روش رهاسازی تر است.
    از مهم ترین مزایای روش ارائه شده می توان به عدم نیاز به تجهیزات پیشرفته لایه نشانی، طراحی با حداقل ماسک، سادگی در پیاده سازی سریع کانتیلیور ها، اجتناب از پیچیدگی رهاسازی از لایه قربانی، رهاسازی کانتیلیور در دمای محیط، کم هزینه بودن و در نهایت امکان پیاده سازی آن در آزمایشگاه های میکروالکترونیک با تجهیزات محدود اشاره نمود. کانتیلیور های تک ماده ای از جنس SiO2 با طول های 50μm، 100، 150، 200، 250، 300، 350 و 400، به ضخامت های1μm و 2 و به عرض های 20μm و 40 ساخته شدند. مقادیر فرکانس رزونانس و ثابت فنر آن ها نیز برای مواد مختلف Si3N4، Si، Au، SiO2، Al و SU8 با ابعاد متفاوت محاسبه شده اند. نتایج حاصل از تصاویر روبشی نشان می دهند که عملیات لیتوگرافی باوجود ناهمواری در پشت زیر لایه به درستی صورت پذیرفته است، کنترل فرآیند ساخت و کنترل عملیات زدایش Si در حد قابل قبول است و کانتیلیور ها با استرس ناچیز به خوبی به حالت معلق درآمده اند.
    کلیدواژگان: میکروماشین کاری حجمی، میکروکانتیلیور، رهاسازی تر، MEMS
  • مریم امیری، محسن کهرم، علیرضا تیمورتاش* صفحات 21-30
    یکی از بزرگترین معایب توربین های بادی محور عمودی عمل کننده بر اساس نیروی پسا ، عملکرد آیرودینامیکی ضعیف این توربین هاست که عمدتا به دلیل گشتاور معکوس پره پشت به باد است. اخیرا طرح جدیدی با استفاده از پره های جمع و باز شونده به منظور حذف گشتاور منفی پره های بازگشتی ارائه شده است. در مقاله حاضر عملکرد آیرودینامیکی توربین پیشنهاد شده به روش آزمایشگاهی و عددی مطالعه شده است. آزمایشات در یک تونل باد زیر صوتی و شبیه سازی های عددی با استفاده از نرم-افزار انسیس فلوئنت و روش قاب متحرک انجام شده است. اثرات تعداد پره (3،4و 6) و شدت آشفتگی و صفحات انتهایی بر ضریب گشتاور و ضریب توان در اعداد رینولدز مختلف بررسی شده است. نتایج نشان می دهد، روتور جدید در یک دوره چرخش کامل، گشتاور منفی ندارد و روتور 3 پره با مقدار ضریب توان بیشینه 21/0 در نسبت سرعت نوک 5/0، بهترین عملکرد آیرودینامیکی را داراست. اگرچه با افزایش تعداد پره، نوسانات گشتاور خروجی کاهش می یابد لیکن ضریب توان روتور نیز کاهش می یابد. همچنین نتایج نشان می دهد که عدد رینولدز در بازه مورد مطالعه 104×7/7 تا 105×2/1 تاثیر چندانی بر عملکرد روتور ندارد.
    کلیدواژگان: توربین بادی محور عمودی، عملکرد آیرودینامیکی، قاب متحرک، صفحات انتهایی
  • سعید ایرانی *، مجتبی فرخ، میثم پاشنا، سینا حیدری صومعه صفحات 31-40
    در سال های اخیر برای محاسبه انرژی خروجی از پیزوالکتریک ها از انواع روش های تحلیلی استفاده شده است ولی استفاده از روش المان محدود با استفاده از نرم افزارهای تحلیلی در انواع اتصالات مداری صفحات پیزوالکتریکی اتفاقی نو در این حوزه است به همین علت در این مقاله سعی شده است که برای اولین بار میان شکلی از تحلیل عددی به نام روش تحلیلی جداسازی متغیرها با تحلیل روش المان محدود به کمک نرم افزار آباکوس مقایسه انجام شود تا مزیت های این دو روش نسبت به هم در انواع حالت های اتصال صفحات پیزوالکتریکی مشخص گردد. مدل موردنظر، یک تیر بایمورف با دولایه پیزوالکتریک و یک لایه ی مرکزی الاستیک است. این تیر بایمورف با تحریک پایه در فرکانس های مختلف شروع به ارتعاش می کند. در ابتدا از روش تحلیلی جداسازی متغیرها در حالت پایا برای بررسی رفتار فرکانسی تیر بایمورف استفاده شده است. در این روش ابتدا معادلات حرکت در حالت مداری موازی و سری به صورت پارامترهای مجزا به دست می آیند. سپس به کمک اصل جداسازی متغیرها، معادلات حل شده اند و دو معادله ی کوپل شده ی مکانیکی و الکتریکی به دست می آیند. درنهایت، ولتاژ، جریان و توان الکتریکی خروجی برحسب فرکانس به دست آمده اند. در ادامه برای بررسی به روش المان محدود، تیر بایمورف به کمک نرم افزار آباکوس مدل می شود. بعد از محاسبه ولتاژ خروجی، جریان و توان الکتریکی خروجی نیز به دست می آیند. و نتایج دو روش المان محدود و جداسازی متغیرها در حالت پایا باهم مقایسه و صحت سنجی شده اند.
    کلیدواژگان: پیزوالکتریک، المان محدود، دریافت انرژی، تیر بایمورف
  • علی اصغر محمدی نصرآبادی، فرشید آبسالان، سیدعلی اکبر موسویان* صفحات 41-51
    ربات های پوشیدنی به ربات هایی اطلاق می شود، که به منظور توان افزایی و یا توان بخشی توسط انسان مورد استفاده قرار می گیرند. اخیرا تمایل روزافزونی برای توسعه ی وسایل پوشیدنی به منظور کمک به افراد سالخورده، بیماران، سربازها و بسیاری افراد دیگر برای کمک به حرکت و افزایش توان به وجود آمده است. ازطرفی تحقق ربات پوشیدنی که درجات آزادی مشابه انسان داشته باشد، چه ازنظر اندازه و چه ازنظر وزن دشوار است. این مطالعه درباره ربات کمکی پایین تنه ای است که تنها از یک عملگر برای هرپا استفاده می کند. در این مقاله پس از یک مرور کوتاه از ربات های پوشیدنی و کاربردهای آن ها، طراحی مناسب از رباتی با نام ربوواک که از سیستم جبران اثر وزن هوندا الهام گرفته شده است، ارائه می شود. در ادامه مدل سینماتیکی و دینامیکی سیستم با استفاده از پارامترهای دنویت-هارتنبرگ استخراج شده و با استفاده از نتایج نرم افزار ادامز اعتبارسنجی می شوند. نتایج راستی آزمایی سینماتیکی و دینامیکی با دقت بالا (اختلاف در حد صفر) ارائه می شود. در ادامه تحقق مبنای اصلی طراحی ربات، یعنی نیروی کمکی در راستای نیروی کف پا مورد بررسی قرار می گیرد و با بررسی راستای اعمال نیروی کمکی توسط مکانیزم ربات و مقایسه آن با راستای مطلوب، راستای مطلوب با دقت 0.02 رادیان حاصل می شود. در انتها تاثیر تغییرات در وزن کاربر، اصظکاک در اجزا ربات کمک حرکتی و تغییر موقعیت مرکز جرم کاربر مورد بررسی قرارگرفته است.
    کلیدواژگان: طراحی مکانیکی، ربات های پوشیدنی، مدل سازی دینامیکی، تحمل وزن
  • علیرضا هادی*، محمدعلی باقریان جعفرآبادی صفحات 52-62
    افرادی با درجه معلولیت بالا نظیر بیماران قطع نخاع گردنی، برای انجام کارهای روزمره و رفع نیازهای خود تا حد زیادی به اطرافیانشان وابسته هستند و این موضوع کیفیت زندگی این افراد و اطرافیان آن ها را کاهش می دهد. فناوری هایی نظیر رباتیک می تواند با کمک به این افراد آن ها را تا حدودی در رفع نیازهای روزمره یاری دهد. اولین گام در طراحی ربات هایی که بتوانند به معلولین کمک نمایند، طراحی رابط کاربری است که بتواند فرمان های فرد معلول را دریافت کرده و آن ها را به ربات منتقل نماید. در این مقاله طراحی و ساخت یک رابط کاربری هپتیکی به منظور کمک به بیماران قطع نخاع گردنی ارائه شده است. در این رابط کاربری، حرکات سر کاربر توسط یک حسگر ژیروسکوپ اندازه گیری شده و به محیط کامپیوتری که بازوی رباتیک در آن شبیه سازی شده است، فرستاده می شود. در ادامه بازو با استفاده از این زوایا و طبق الگوی نوینی، کنترل می گردد. همچنین برای ایجاد بازخورد فیزیکی از محیط برای کاربر، یک واحد هپتیکی نیز طراحی و ساخته شده تا میزان سنگینی اشیاء گرفته شده توسط بازو و همچنین برخورد بازو با موانع برای کاربر به صورت فیزیکی، از طریق ایجاد گشتاور مقاوم در برابر حرکت سر، قابل درک باشد. برای ارزیابی عملکرد رابط کاربری هپتیکی، سه نوع آزمون طراحی و بر روی دو کاربر اجرا شده است. در آزمون تشخیص برخورد بازو با مانع 100 درصد آزمون ها، در آزمون تشخیص وزن اجسام سبک و سنگین 83 درصد و در آزمون تشخیص وزن اجسام سبک، متوسط و سنگین 72 درصد آزمون ها با موفقیت همراه بوده اند.
    کلیدواژگان: رابط کاربری، هپتیک، قطع نخاع گردنی، حرکات سر
  • محمد باب الحوایجی، رضا اسلامی فارسانی*، حامد خسروی صفحات 63-68
    وقوع آسیب امری اجتناب ناپذیر در کامپوزیت های زمینه پلیمری تقویت شده با الیاف می باشد. وجود سیستم های خود ترمیم شونده از طریق اجرای مستقل عمل ترمیم موجب افزایش طول عمر کاری قطعه و همچنین کاهش زمان عمل ترمیم آن ها می شود. در تحقیق حاضر، کامپوزیت های زمینه پلیمری خودترمیم-شونده اپوکسی- الیاف شیشه از نوع E مبتنی بر شبکه میکروآوندی طراحی و در ادامه ساخته شدند. ساخت نمونه ها با استفاده از روش لایه گذاری دستی و ساخت کانال های میکروآوندی از طریق روش حذف پیش شکل های جامد صورت گرفت. به علت عدم وجود پژوهش های لازم در استفاده از سیستم رزین و هاردنر انیدریدی که سیالیت بالاتری نسبت به رزین و هاردنر آمینی دارند و همچنین امتزاج پذیری قابل کنترل آن ها، در این تحقیق از مواد مذکور به عنوان عامل ترمیم کننده استفاده شد. هدف از پژوهش حاضر بررسی کسر حجمی مناسب و زمان مطلوب برای مشاهده پدیده ترمیم شوندگی است. بدین منظور شبکه میکروآوندی (شامل رزین اپوکسی و هارد نر انیدریدی با مقادیر حجمی 2، 3.2 و 3.7 درصد) در کامپوزیت های الیافی تعبیه شدند. خواص خمشی نمونه ها با گذشت زمان های مختلف (صفر، 4، 8 و 11 روز) پس از ایجاد آسیب اولیه به وسیله آزمون ضربه، مورد بررسی قرار گرفتند. پس از شکست و ایجاد عیب در ساختار، مواد ترمیمی موجود در میکروکانال ها به محل ترک جریان یافته و پس از ترکیب با کاتالیزور مذکور عملیات پلیمریزاسیون موضعی و ترمیم مجدد سازه شروع می شود. بیشترین مقدار بازیابی استحکام خمشی به میزان 46 درصد برای نمونه حاوی 3.2 درصد حجمی ماده ترمیمی با گذشت 8 روز پس از ایجاد آسیب مشاهده شد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت های الیافی، خودترمیمی، شبکه میکروآوندی، استحکام خمشی، بازده ترمیمی
  • مهدی صفری*، حسین مستعان، آرش بختیاری صفحات 69-76
    جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی لب به لب ورق های فولادی با ضخامت های کمتر از یک میلیمتر به عنوان یکی از چالش های مهم سال های اخیر بوده است. در این پژوهش جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی لب به لب فولاد IF با ضخامت 0.7 میلیمتر به صورت تجربی مورد مطالعه قرار می گیرد. بدین منظور اثرات سرعت های دورانی و پیشروی ابزار بر استحکام و سختی اتصالات جوشکاری شده بررسی می شود. استحکام مکانیکی اتصالات توسط تست کشش تک محوری برآورد می شود. همچنین در این مقاله، تحولات ریزساختاری اتصالات جوشکاری شده ورق های فولادی IF با ضخامت 0.7 میلیمتر مطالعه می شوند. نتایج نشان می دهند که با افزایش سرعت دورانی و کاهش سرعت پیشروی ابزار، استحکام کششی اتصالات جوشکاری شده افزایش خواهد یافت. به علاوه با افزایش سرعت های پیشروی و دورانی ابزار، سختی ناحیه جوش افزایش می یابد. نتایج بررسی های ریزساختاری نشان می دهند که ریزساختار ناحیه جوش با افزایش سرعت های پیشروی و دورانی ابزار بهبود می یابد. نتایج به دست آمده از آنالیز پراش الکترون های برگشتی نشان می دهند که در جهت گیری کریستالوگرافی دانه ها در سمت چپ ناحیه اغتشاش نسبت به مرکز ناحیه اغتشاش تغییرات عمده ای صورت نگرفته است. همچنین نشان داده می شود که کسر مرزدانه های با زاویه زیاد در مرکز ناحیه اغتشاش نسبت به سمت چپ این ناحیه افزایش یافته است (از 25 درصد به 48 درصد).
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، فولاد IF، خواص مکانیکی، تغییرات ریزساختاری، آنالیز EBSD
  • فاطمه خیراندیش، محسن اکرامیان*، محمد عطایی صفحات 77-85
    در دهه های اخیر استفاده از کنترل کننده های تحت شبکه به جای کنترل کننده های سنتی مورد توجه بسیاری قرار گرفته است که موجب کاهش چشم گیر هزینه ها، کاهش وزن و توان تجهیزات لازم و قابلیت اطمینان بالا در سیستم های کنترلی شده است. بکارگیری این کنترل کننده ها در کنار بهره مندی از مزایای متعدد دارای معایبی از جمله ایجاد تاخیر متغیر با زمان و اتلاف داده ها در انتقال داده های کنترلی می باشد که این امر موجب ایجاد ناپایداری می گردد. در این مقاله مساله ی پایداری و پایدارسازی توسط فیدبک حالت برای سیستم های کنترل تحت شبکه دارای تاخیر متغیر با زمان مورد مطالعه قرار گرفته است. به این منظور از روش لیاپانف-کراسفسکی و ارائه ی تابعی مناسب استفاده شده است. سپس با اعمال نامساوی ویرتینگر و نامساوی ترکیب متقابلا محدب تخمین دقیقی از مشتق تابعی به دست آمده است. در روش ارائه شده یک معیار پایداری با محافظه کاری و پیچیدگی محاسبات کمتر به دست آمده است. در ادامه، مساله ی طراحی کنترل کننده مورد بررسی قرار گرفته است که بر اساس معیار پایداری به دست آمده کنترل کننده ی فیدبک حالت طراحی شده است. در نهایت، به منظور نشان دادن تاثیر و مزایای روش ارائه شده، از مثال سیستم یک ماهواره استفاده شده است که نشان می دهند روش ارائه شده تاثیر مطلوبی در کاهش محافظه کاری نتایج داشته و عملکرد بهتری را داشته است.
    کلیدواژگان: سیستمهای کنترل تحت شبکه، تاخیر متغیر با زمان، آنالیز پایداری، نامساوی ویرتینگر، کنترل کننده فیدبک حالت
  • سید محمدحسین گوشه گیر، شیرکو فاروقی* صفحات 86-94
    در این مقاله، ارتعاش محوری نانومیله بر اساس تئوری الاستیسیته غیر محلی انتگرال- دیفرانسیلی دو فازی با استفاده از روش ایزوژئومتریک مورد تحلیل واقع شده است. تئوری غیرمحلی انتگرال-دیفرانسیلی دوفازی، نه تنها خاصیت غیرمحلی را به شکلی انتگرالی و تحت تابع وزنی کرنل نشان می دهد؛ بلکه انحنای محلی و غیرمحلی را برای یک ماده الاستیک غیرمحلی دوفازی بصورت خطی ترکیب می کند. رویکرد جدید ایزوژئومتریک روش المان محدود را با هندسه محاسباتی پیوند داده و می تواند مدل هندسی دقیقی از مسئله ارائه نماید. همچنین با استفاده از توابع پایه بی-اسپیلاین با مرتبه پیوستگی دلخواه می تواند جایگزین بهتری برای روش های المان محدود کلاسیک باشد. نتایج بدست آمده از نظر سرعت و کیفیت همگرایی، حاکی از برتری رویکرد ایزوژئومتریک بر روش المان محدود است. همچنین دراین مدل اثرات پارامترهای فازی و غیرمحلی بر فرکانس های طبیعی نانومیله مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شد که افزایش پارامترهای فاز محلی و مقیاس طولی غیرمحلی به ترتیب، باعث افزایش و کاهش مقادیر فرکانس های طبیعی نانومیله می شود. نهایتا برای دو حالت ویژه، فرکانس های مجانبی برای یک مدل میله غیرمحلی انتگرال-دیفرانسیلی دوفازی بدست آمده و با نتایج موجود متناظر در حالت دیفرانسیلی ارینگن مقایسه گردید
    کلیدواژگان: تئوری الاستیسیته غیر محلی انتگرال - دیفرانسیلی دو فازی، ایزوژئومتریک، نانو میله، ارتعاش محوری
  • فرزانه صباغیان بیدگلی، جواد پشتان * صفحات 95-102
    یکی از روش های رایج تشخیص عیب ماشین های دوار، تشخیص عیب مبتنی بر سیگنال است که پردازش سیگنال یک جزء جدایی ناپذیر آن محسوب می شود. پردازش سیگنال داده های خام را به ویژگی های مفیدی برای انجام عملیات تشخیص عیب تبدیل می کند. این ویژگی ها بایستی مستقل از شرایط کاری نرمال ماشین و نویز خارجی باشند و تنها به عیوب ماشین حساس باشند. از این رو ارائه تکنیک های پردازشی کاراتر به منظور دستیابی به ویژگی های مفیدتر از سیگنال و در نتیجه تشخیص سریع تر و دقیق تر عیب، مورد توجه محققان قرار گرفته است. این پروژه تکنیک های تبدیل هیلبرت-هوانگ پیشرفته و تبدیل هیلبرت مبتنی بر تبدیل موجک بسته ای را برای دستیابی به باندهای فرکانسی باریک و استخراج فرکانس لحظه ای و حذف نویز موجک بسته ای را برای حذف نویز سیگنال اولیه، به سیگنال ارتعاشی مربوط به عیب میله شکسته روتور اعمال می کند تا به ویژگی های مفیدتری از سیگنال ارتعاشی برای انجام مراحل بعدی تشخیص عیب دست یابد. مقایسه طیف دامنه تبدیل هیلبرت و فرکانس لحظه ای آشکارسازی شده توسط تکنیک های تبدیل هیلبرت-هوانگ پیشرفته و تبدیل هیلبرت مبتنی بر تبدیل موجک بسته ای، برتری تکنیک دوم را در آشکارسازی فرکانس های مربوط به عیب نشان می دهد.
    کلیدواژگان: تشخیص عیب مبتنی بر سیگنال، تبدیل هیلبرت-هوانگ پیشرفته، تبدیل هیلبرت مبتنی بر تبدیل موجک بسته ای، عیب شکستگی میله روتور
  • حمزه شاهرجبیان*، مسعود فرحناکیان، پیام سراییان صفحات 103-110
    فرآیند پرداختکاری سایشی مغناطیسی به کمک ارتعاشات التراسونیک، استفاده از ارتعاشات التراسونیک و فرایند پرداختکاری سایشی مغناطیسی برای پرداختکاری سطوح در کمترین زمان در حد نانومتر را با همدیگر ترکیب می کند. در این کار تجهیزات آزمایشگاهی برای پرداختکاری سایشی مغناطیسی به کمک ارتعاشات التراسونیک برای پرداختکاری قطعات لوله ای شکل ساخته شده است. با استفاده از این تجهیزات آزمایشگاهی، تاثیر پارامترهای آزمایشگاهی مانند ارتعاشات التراسونیک، شماره مش ذرات ساینده، نوع ذره ساینده (SiC و الماس) و زمان پرداختکاری روی درصد تغییرات زبری سطح داخلی قطعه کار لوله ای شکل از جنس آلومنیوم 6061 بررسی شده است. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که استفاده از ارتعاشات التراسونیک اثر قابل توجهی بر کاهش زبری سطح قطعه کار داشت. با افزایش شماره مش ذرات SiCاز 90 تا 800 و همچنین افزایش زمان پرداختکاری، درصد کاهش زبری سطح افزایش یافت. از بین دو ذره ساینده استفاده شده، الماس کارایی بهتری از خود نشان داد. تصاویر میکروسکوپ نوری نشانگر آن است که مکانیزم پرداختکاری سایشی در حالت بدون التراسونیک، برای ذرات درشت، مکانیزم غالب دوجسمی و برای ذرات ریز، سه جسمی است. ولی در حالت استفاده از ارتعاشات التراسونیک برای ذرات ریز و درشت، مکانیزم سه جسمی پرداختکاری مشاهده شد.
    کلیدواژگان: پرداختکاری سایشی مغناطیسی، ارتعاشات التراسونیک، شماره مش ساینده، میکروسکوپ نوری
  • علی خوش نژاد، محمدحسین عباباف بهبهانی، رضا تقوی زنوز * صفحات 111-118
    شکل گیری استال اسپایک و نحوه گسترش آن در یک کمپرسور محوری سرعت پایین موضوع این مطالعه بوده است. در این راستا اندازه گیری های آزمایشگاهی بر روی یک تست ریگ کمپرسور محوری سرعت پایین انجام شده است. پارامترهای اندازه گیری شامل سرعت و فشار لحظه ای جریان در فرآیند آغاز استال می باشد. بدین منظور از چندین پراب جریان سنج سیم داغ و یک حسگر فشار با پاسخ فرکانسی بالا، برای داده برداری استفاده شده است. نوسانات لحظه ای سرعت در بالادست ردیف پره نشان می دهند که استال اسپایک با جدایش جریان از لبه حمله پره آغاز و در ادامه، جریان جدا شده از سطح پره منجر به ایجاد یک گردابه می شود. این ساختار در راستای ارتفاع پره گسترش می یابد. سلول استال با سرعتی کمتر از سرعت چرخش رتور، در کمپرسور مورد مطالعه 66% سرعت دورانی، پیرامون محیط کمپرسور منتشر می شود. همچنین برای بررسی دقیق تر اغتشاشات اسپایک از تبدیل فرکانسی موجک استفاده شده و توانمندی این روش در شناسایی استال اسپایک و جزئیات آن نشان داده شده است. به کمک تحلیل موجک می توان با نمایش تغییرات زمانی فرکانس ها، پدیده های غالب در فرایند گذار سیستم از عملکرد پایدار به شرایط وقوع استال را نشان داد
    کلیدواژگان: کمپرسور محوری، استال دورانی، جریان سنجی سیم داغ، تبدیل موجک
  • ابراهیم بهرامی زاده، سلمان نوروزی*، حامد جمشیدی اول صفحات 119-128
    در پژوهش حاضر، ریزساختار و مقاومت به سایش پوشش های کامپوزیتی TiC-Al2O3 و TiB2-TiC-Al2O3ایجاد شده به صورت درجا بر روی سطح فولاد زنگ نزن آستنیتی 304 از طریق فرایند جوشکاری قوس تنگستن با گاز محافظ مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، خمیری پیش نشست از مخلوط های پودری 3TiO2-4Al-3C و 3TiO2-4Al-B4C آماده شد و بر روی سطح زیرلایه فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 304 اعمال شد، سپس با استفاده از فرایند جوشکاری قوس تنگستن با گاز محافظ ذوب گردید. ویژگی های ریزساختاری و مشخصات فازی نمونه های روکش کاری شده با استفاده از میکروسکوپ های نوری و الکترونی و آنالیز پراش پرتوایکس بررسی شد. خواص مکانیکی لایه های روکش از طریق آزمون های میکرو سختی ویکرز و سایش پین بر روی دیسک مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی های ریزساختاری از لایه های روکش کاری شده نشان داد که حرارت ورودی بالای جوشکاری، منجر به سنتز دما بالا و تشکیل ذرات تقویت کننده ی قابل توجهی در سطح فولاد شد. همچنین ذرات مکعبی شکل TiC به صورت مجزا و یا ناهمگن بر روی ذرات Al2O3 در زمینه آستنیتی فولاد زنگ نزن304 جوانه زده است. همچنین تشکیل ذرات TiB2 توسط آنالیز پراش پرتوایکس به اثبات رسید. تشکیل ذرات تقویت کننده در هر دو لایه روکش، موجب افزایش سختی و مقاومت به سایش سطح تا حدود 2.5 برابر نسبت به زیرلایه شده است.
    کلیدواژگان: فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 304، جوشکاری قوس تنگستن با گاز محافظ، روکش کاری
  • محمود غیاثی *، مهدی نظری برنجکوب صفحات 129-137
    در مبدل های تک-بدنه جاذب نقطه ای انرژی موج اقیانوسی، نوسانات یک جسم شناور (بویه) عامل اصلی تولید الکتریسیته است. بهینه سازی هندسه بویه راهی برای افزایش راندمان در این مبدل ها محسوب می شود. در تحقیق حاضر، فرآیند جذب انرژی موج در مبدل جاذب نقطه ای، به یک سیستم فنر- میراگر خطی شبیه سازی شده است. دو هندسه برای بویه مبدل مدل سازی شده (بویه مخروطی و بویه کپ کروی) در نظر گرفته شده است. بررسی تاثیر هندسه بویه بر دینامیک آن در موج غیرخطی و همچنین، مقایسه عملکرد دینامیکی دو بویه بر راندمان مبدل انرژی موج انجام شده است. نحوه یکسان سازی شرایط محیطی و مدل سازی دو مدل مهارشده، موردبحث قرارگرفته است و یک روش یکسان سازی پیشنهاد شده است. انرژی موثر موج بر هر مدل، بر اساس مشخصات هندسه بویه آن، محاسبه شده است. سپس، تحلیل هیدرودینامیک مدل مهارشده، به روش المان مرزی و با رعایت حاکمیت استفاده از تئوری تفرق انجام شده است. موج برخوردی به مدل، موج استوکس مرتبه دوم در نظر گرفته شده است.
    نتایج در حوزه زمان و فرکانس به دست آمده است و با نتایج پژوهش در دسترس، اعتبار سنجی شده است. حداکثر پاسخ دینامیکی بویه مهارشده با هندسه کپ کروی در هیو و سرج (جهت قائم و افق) به ترتیب؛ حدود 4/4 و 3/11درصد بیشتر از مدل دیگر می باشد. ضمنا، مبدل مدل سازی شده با بویه کپ کروی نسبت به مدل با بویه مخروطی، در جذب انرژی موج موفق تر است. متوسط درصد جذب انرژی موج در مبدل مدل سازی شده با بویه کپ کروی در حدود 2/2 تا 5/2 درصد بیشتر از مدل دیگر است. متوسط درصد جذب انرژی موج توسط دو مدل، بین 20 تا 24 درصد پیش بینی شده است.
    کلیدواژگان: مبدل اوپسالا، بویه جاذب نقطه ای، بویه مخروطی، بویه کپ کروی، انرژی موج استوکس
  • مصطفی ورمزیار *، مجید بازارگان صفحات 138-146
    در این پژوهش، به معرفی یک مدل شبکه بولتزمن به منظور شبیه سازی پدیده اثر پیستونی، که اصلی ترین مکانیزم انتقال حرارت سیال فوق بحرانی در محیط میکرو گرانش می باشد، پرداخته شده است. تغییر ضریب پخش در روش شبکه بولتزمن حرارتی با اضافه شدن یک ترم به تابع توزیع تعادلی مدل سازی گردید. جهت محاسبه نیروی بین مولکولی و ایجاد مدل تراکم پذیر شبکه بولتزمن، از رابطه حاکم بر سیال واندروالس استفاده شد. هم چنین جهت حذف پرش سرعت بر روی دیواره، روابط شرط مرزی منطبق با شبکه بولتزمن تراکم پذیر در حضور نیروی واندروالس ایجاد گردید. نشان داده شد که این شرط مرزی دقت بالایی در شبیه سازی مسایل نیرو محور دارد و دقت مرتبه دوم نسبت به مکان را دارا می باشد. نهایتا مدل توسعه یافته شبکه بولتزمن حرارتی به همراه مدل شبکه بولتزمن تراکم پذیر جهت شبیه سازی انتقال حرارت جریان سیال فوق بحرانی به کار گرفته شده است. پدیده اثر پیستونی با در نظر گرفتن مدل نیروی بین مولکولی واندورالس شبیه سازی گردید. نتایج حاکی از آن است که طرح های گوناگون شبیه ساز نیرو، خطاهای متفاوتی را در شبیه سازی جریان سیال تراکم پذیر فوق بحرانی دارند. قیاسی بین هدایت خالص و انتقال حرارت به واسطه پدیده اثر پیستونی صورت گرفت و نشان داده شد که انتقال حرارت به واسطه پدیده اثر پیستونی سریعتر از هدایت خالص است.
    کلیدواژگان: معادله شبکه بولتزمن، ضریب پخش متغیر، مدل تراکم پذیر شبکه بولتزمن، اسکیم شبیه ساز نیرو، پدیده اثر پیستونی
  • محسن محمدرضایی، علی اکبر دهقان*، علیرضا موحدی صفحات 147-158
    در پژوهش حاضر، جریان آشفته هوا بر روی سیلندر مربعی سه بعدی به روش عددی با استفاده از دو مدل اغتشاشی انتقال تنش برشی κ-ω و رهیافت گردابه های بزرگ در سه عدد رینولدز 5000، 46000 و 69000 شبیه سازی شده است. سطح فشار صوت در دوردست آکوستیکی و بر روی سطح سیلندر مربعی در شش زاویه حمله مختلف محاسبه شده است. با مقایسه نتایج حل عددی حاضر با نتایج تجربی موجود صحت نتایج و اعتبار سنجی انجام شده است. همچنین نتایج عددی حاضر با نتایج عددی انجام شده دیگر مورد مقایسه قرار گرفته است. مشخص گردید که نتایج حل جریان و سطح فشار صوت مطابقت قابل قبولی با نتایج تجربی و عددی دیگران دارند. نوسانات نیروی برآ، پسا و آشفتگی جریان از عوامل تاثیر گذار بر سطح فشار صوت هستند. در زاویه حمله 13 درجه کمترین سطح فشار صوت، ضریب درگ، ضریب نوسانات نیروی برآ و کمینه شدن ضریب برآ اتفاق افتاده است. با مقایسه نتایج عددی دو مدل اغتشاشی انتقال تنش برشی κ-ω و رهیافت گردابه های بزرگ محاسن و معایب هر روش بررسی شده است. هر دو مدل اغتشاشی نتایج را با اختلاف قابل قبولی پیش بینی کرده اند.
    کلیدواژگان: سیلندر مربعی، آشفتگی، سطح فشار صوت، مدل انتقال تنش برشی κ، ω
  • سید حسن عربی، مجید پورانوری*، مجتبی موحدی صفحات 159-165
    این مقاله به بررسی تاثیر حرارت ورودی فرایند جوشکاری مقاومتی نقطه ای بر ریزساختار و رفتار مکانیکی جوش مقاومتی نقطه ای فولاد زنگ نزن دوبلکس 2304، به عنوان گزینه-ای مناسب برای کاربرد در صنایع خودروسازی پرداخته است. نتایج نشان داد که به دلیل سرعت بالای سردشدن در جوشکاری مقاومتی نقطه ای تعادل فازی فریت-آستنیت در منطقه ذوب از بین می رود و رسوبات نیتریدی در درون دانه های فریت تشکیل می شود. نتایج نشان داد که درصد آستینت تشکیل شده در دکمه ی جوش تابع جریان جوشکاری، به عنوان مهم ترین متغیر موثر بر حرارت ورودی جوش، است. افزایش جریان جوشکاری منجر به افزایش درصد آستنیت از 4 درصد تا 18 درصد شد. علاوه بر این، افزایش جریان جوشکاری منجر به کاهش میزان رسوبات نیتریدی می شود. بررسی رفتار مکانیکی جوش ها در آزمون کشش-برش نشان داد که افزایش جریان جوشکاری منجر به بهبود ظرفیت تحمل نیرو و قابلیت جذب انرژی جوش می شود. بیشینه نیروی قابل تحمل و بیشینه انرژی جذب شده حین شکست جوش های مقاومتی نقطه ای فولاد دوبلکس 2304 به ترتیب به 25 کیلونیوتن و 40 ژول رسید که بیانگر جوش پذیری بسیار خوب این فولاد است.
    کلیدواژگان: جوش مفاومتی نقطه ای، فولاد زنگ نزن دوپلکس، تعادل فازی، رفتار مکانیکی
  • داود رحمت آبادی، بیژن محمدی، رامین هاشمی*، تقی شجاعی صفحات 166-174
    در سال های اخیر کامپوزیت های لایه ای مورد توجه بسیاری از محققین و صنایع مختلف قرار گرفته است. یکی از روش های تولید کامپوزیت های لایه ای روش پیوند سرد نوردی می باشد که نسبت به سایر روش های تولید کامپوزیت از لحاظ اقتصادی به صرفه می باشد و قابلیت تولید کامپوزیت های لایه ای با جنس های مختلف را دارد. در این تحقیق برای اولین بار چقرمگی شکست تنش صفحه ای به صورت تجربی برای نمونه ی کامپوزیت لایه ای آلومینیوم/مس/آلومینیوم تولید شده به روش پیوند سرد نوردی با استفاده از نمونه های کششی فشرده و مطابق با استاندارد ASTME561 مشخص شده است. چقرمگی شکست یکی از پارامترهای مهم ماده در طراحی می باشد که بررسی آن به منظور پیش بینی عمر و رشد ترک مواد ترک دار در برابر اعمال تنش می باشد. علاوه بر بررسی چقرمگی شکست، خواص مکانیکی با استفاده از آزمون کشش تک محوره، میکروسختی و سطح مقطع شکست با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از آزمون های انجام شده حاکی از افزایش استحکام، میکروسختی و چقرمگی شکست برای نمونه ی کامپوزیتی آلومینیوم/مس/آلومینیوم نسبت به نمونه های اولیه آلومینیوم5052 و مس خالص می باشد که عامل اصلی این افزایش اعمال کرنش زیاد و کار سرد می باشد. چقرمگی شکست برای نمونه ی تولید شده به 38.7MPa.m1/2 می رسد که نسبت به نمونه های اولیه آلومینیوم و مس به ترتیب 81% و 165% افزایش می یابد. عکس های میکروسکوپ الکترون روبشی نشان می دهد که مکانیزم شکست نرم برای کامپوزیت لایه ای آلومینیوم/مس/آلومینیوم همانند نمونه های اولیه حاکم است، البته با این تفاوت که میکروحفرات برای نمونه ی کامپوزیتی نسبت به نمونه های اولیه کم عمق تر و کوچکتر شده اند.
    کلیدواژگان: چقرمگی شکست، نورد سرد پیوندی، کامپوزیت لایه ای، خواص مکانیکی و میکروسکوپ الکترونی روبشی
  • حامد حیدری، مجتبی ذوالفقاری*، نوید اسدی پور صفحات 175-184
    یکی از مهم ترین فرآیند های ماشینکاری در حوزه جراحی ها و مهندسی پزشکی، فرآیند سوراخکاری استخوان می باشد. سوراخکاری استخوان کاربرد عمده ای در جراحی های ارتوپدی، نمونه برداری های استخوانی و همچنین دندان پزشکی دارد. در طول عمل سوراخکاری استخوان، اعمال نیروی بیش از حد به بافت استخوان سبب ایجاد شکست و ترک خوردگی و ایجاد آسیب جدی در بافت استخوان می گردد. در این مقاله، یک مدل تحلیلی بهبود یافته براساس کار های انجام شده توسط بونو و نی، چاندراسخاران و لی برای پیش بینی رفتار نیروی محوری در فرآیند سوراخکاری استخوان ارائه شده است، در این مدل عمل برش در راس مته به سه ناحیه تقسیم می شود: لبه های برش اولیه، بخش بیرونی لبه اسکنه (لبه برش ثانویه) و بخش داخلی لبه اسکنه (ناحیه دندانه). در مدل تحلیلی ارائه شده فرآیند برش در هریک از این سه ناحیه مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور صحه گذاری مدل تحلیلی، آزمایش های تجربی با بهره گیری از استخوان تازه گاو انجام شده است. نرخ پیشروی و سرعت دورانی ابزار به عنوان پارامتر های موثر در سوراخکاری در نظر گرفته شده و مدل آماری برای بدست اوردن مدل ریاضی و ارائه نمودار های برهم کنش متغیر های ورودی ازمایش، به روش سطح پاسخ و تحلیل تجربی فرایند سوراخکاری استخوان ارائه گردیده است. انطباق نتایج حاصل از مدل تحلیلی و آزمایش های تجربی مناسب ارزیابی می گردد. نتایج به دست آمده از مدل تحلیلی و مدل تجربی بدین صورت است که با کاهش مقدار پیشروی و افزایش سرعت دورانی ابزار نیروی وارده به بافت استخوان کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: ماشینکاری، سوراخکاری، استخوان، مدل تحلیلی، نیرو
  • کبری قطره، علیرضا فتوحی*، علیرضا شفیعی صفحات 185-192
    در این پژوهش، براساس تئوری تغییر شکل برشی مرتبه سوم معادلات حرکت برای بررسی تغییر شکل یک تیر از جنس ماده مرکب باریک و بلند به دست آمده است. تیر با نقص هندسی اولیه بوده و تحت اثر بار ضربه قرار می گیرد. ضربه اعمالی توسط جسم صلب با سرعت مشخص و به صورت خارج از مرکز و در فاصله معینی از تیر زده می شود. معادلات حرکت با استفاده از اصل همیلتون و براساس روابط کرنش-جابجایی غیرخطی ون - کارمن به دست آمده اند که براساس جابجایی ها و به صورت مجموعه ای از معادلات دیفرانسیل جزئی غیرخطی وابسته به یکدیگر و در حالت دینامیکی می باشند. از روش تربیع دیفرانسیلی تعمیم یافته برای گسسته سازی معادلات به دست آمده و تبدیل آن ها به مجموعه ای از معادلات دیفرانسیل معمولی استفاده شده است. روش تکرار نیوتن - رافسون برای حل معادلات جبری غیر خطی سیستم بکار برده شده است. در ادامه با حل معادلات حاکم بر سیستم به بررسی تاثیر مقدار نقص هندسی اولیه تیر بر تغییر شکل آن پرداخته شده است. همچنین تاثیر جرم و سرعت ضربه زننده بر تغییر شکل تیر بررسی و نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد با افزایش مقدار سرعت اولیه و جرم ضربه زننده، تغییر شکل تیر نیز به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت، تیر، ضربه، تئوری تغییر شکل برشی مرتبه سوم، روش تربیع دیفرانسیلی تعمیم یافته
  • مهدی فکور*، محدثه قربانی، مجید بختیاری صفحات 193-200
    امروزه میزان پوشش دهی منطقه ای توسط ماهواره ها یکی از عوامل مهم در دسترسی به اطلاعات جغرافیایی، ژئوتکنیکی و استراتژیکی محسوب می شود. این مهم عموما توسط یک یا چند ماهواره با موقعیت و ناوبری مشخص محقق می شود. در این پژوهش، با استفاده از پارامتر تعدیل دقت هندسی ، تعداد مشخصی ماهواره در منظومه ای با الگوی متقارن، جهت پوشش منطقه ای حداکثر مورد استفاده قرار گرفته است. پارامتر تعدیل دقت هندسی برای یافتن موقعیت کاربر زمینی با استفاده از تعداد مشخصی ماهواره با موقعیت معلوم در منظومه تعریف می شود. در این مقاله با فرض دانستن موقعیت ایستگاه های زمینی، از معکوس تعریف پارامتر تعدیل دقت هندسی برای یافتن موقعیت مناسب ماهواره ها در منظومه جهت رسیدن به پوشش حداکثر استفاده می شود. پارامتر تعدیل دقت، یک معیار هندسی است که هرچه کمتر باشد، نشان دهنده دقت بیشتر در تعیین میزان پوشش دهی است. در مدل ارائه شده، اثر پخی و فشردگی زمین در نظر گرفته شده است. این محاسبات برای نقاط جغرافیایی مشخص و برای مدت یک شبانه روز انجام شده است. نتایج حاکی از آن است که با بهره گیری از مدل جدید، زمانی که پارامتر تعدیل دقت هندسی برای یک ایستگاه زمینی مقدار مناسبی باشد، مناطق اطراف آن نقطه (ایستگاه) با توجه به زاویه دید ماهواره ها (که حداقل چهارتا هستند) تحت پوشش مناسبی خواهد بود. همچنین نشان داده شده است که با بهره گیری سازمان یافته از تمام ماهواره های حاضر در منظومه ماهواره ای می توان با اطلاعات دریافتی به بهترین پوشش با کمترین تعداد ماهواره دست یافت.
    کلیدواژگان: پوشش دهی منطقه ای، منظومه ماهواره ای، مدار ارتفاع پایین، چیدمان، پارامتر تعدیل دقت
  • رضا بزرگپور، مازیار شفایی*، حسین محمودی داریان صفحات 201-210
    در مقاله ی حاضر یک فیلتر مرکب برای حفظ همزمان پایداری و دقت و نیز حذف نوسانات نامطلوب در حل عددی جریان های شامل شوک معرفی می شود. گسسته سازی مکانی با استفاده از روش تفاضل محدود فشرده مرتبه چهارم و انتگرال گیری زمانی با روش رونگه-کوتای مرتبه سوم صورت می گیرد. پس از هر گام زمانی، فیلتر مرکب به نتایج اعمال می شود. این فیلتر ترکیبی از یک فیلتر خطی مرتبه ی ششم و بخش اتلافی روش ضرورتا غیر نوسانی وزن دار مرتبه پنجم می باشد. با استفاده از یک حسگر تشخیص شوک، فیلتر مرکب در نواحی هموار به فیلتر خطی مرتبه ششم و در نواحی شوک به فیلتر ضرورتا غیرنوسانی وزن دار مرتبه پنجم تبدیل می شود تا نوسانات نامطلوب ناشی از روش غیراتلافی استفاده شده برای گسسته سازی مکانی را حذف نماید. عملکرد فیلتر و دقت نتایج حاصل از آن، در چند آزمون شامل معادله موج خطی و نیز معادلات دینامیک گاز اویلر یک بعدی و دو بعدی ارائه می گردد. نتایج حاصل با نتایج حاصل از فیلتر مرکب از فیلتر خطی مرتبه ششم و فیلتر خطی مرتبه دوم و نیز با نتایج روش ضرورتا غیرنوسانی وزن دار مرتبه پنجم مقایسه می شوند.
    کلیدواژگان: فیلتر مرکب، حسگر شوک، روش های تسخیر شوک، روش های تفاضل محدود فشرده، روش های ضرورتا غیرنوسانی وزن دار
  • مهدی حسینی پور، مجید ملک جعفریان*، علی صفوی نژاد صفحات 211-220
    در این مقاله از الگوریتم جستجوی گرانشی (برای اولین بار) به منظور بهینه سازی دوهدفه هندسه ایرفویل استفاده شده است. معادلات تراکم پذیر دو بعدی ناویر- استوکس به همراه مدل اسپالارت-آلماراس برای شبیه سازی جریان لزج و مغشوش مورد استفاده قرار گرفته است. ابتدا کارایی و صحت مجموعه های بهینه ساز با بهینه سازی معکوس دوهدفه بررسی شده است. در این حالت توابع هدف، اختلاف نیروی پسا و برآ با مقادیر متناظر کمیات از ایرفویل هدف NACA0012 بوده است، به طوریکه یک دسته ایرفویل به عنوان ایرفویل های شروع کننده به صورت تصادفی انتخاب شده و هدف، بدست آوردن ایرفویل هایی بوده است که توابع هدف در نظر گرفته شده را ارضا کنند. در بهینه سازی مستقیم، الگوریتم جستجوی گرانشی به کار رفته در کار حاضر با تغییر متغیرهای طراحی ایرفویل (مربوط به روش پارسس)، درصدد رسیدن به متغیر های مناسب و در نتیجه یافتن دسته ایرفویل های بهینه با توابع هدف برآی بیشینه و پسای کمینه شده است. این الگوریتم با شروع از یک دسته ایرفویل اولیه به حل پرداخته و به سمت ایرفویل هایی هدایت می شود که توابع هدف ذکر شده را تامین کند. مقایسه نتایج (جبهه پرتو) بدست آمده نشان دهنده عملکرد بهتر و مناسب تر الگوریتم جستجوی گرانشی نسبت به الگوریتم جمعیت ذرات و تحقیقات پیشین (انجام یافته با دیگر روش های فرا ابتکاری) به منظور بهینه سازی آیرودینامیکی می باشد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی دو هدفه، الگوریتم جستجوی گرانشی، بهینه سازی جمعیت ذرات، روش پارسس، معادلات ناویر- استوکس تراکم پذیر دو بعدی
  • محمد جواد محمودی*، ارازمحمد فخری اینچه برون صفحات 221-231
    در این پژوهش از شبکه عصبی پس انتشار خطا برای عیب یابی ورق کامپوزیتی چندلایه با جدایی بین لایه ای استفاده می شود. نحوه عیب یابی به این صورت است که ابتدا تحلیل ارتعاشات آزاد ورق کامپوزیتی بر اساس روش عددی اجزای محدود انجام می گیرد و فرکانس های طبیعی در مودهای خاص به ازای مدل های مختلفی از آسیب جدایی بین لایه ای (اندازه، هندسه و موقعیت منطقه با جدایی بین لایه ای) بدست می آید و سپس فرکانس های طبیعی استخراجی از مدل به عنوان ورودی و پارامترهای اندازه، هندسه و موقعیت نیز به عنوان خروجی شبکه عصبی درنظر گرفته می شوند. ورق کامپوزیتی 8 لایه، بر اساس تئوری سه بعدی الاستیسیته و با درنظر گرفتن المان های شش وجهی آجری مدل می شود لذا در مدلسازی ورق کامپوزیتی تاثیر تغییر شکل های برشی عرضی درنظر گرفته می شود. به دلیل پیچیدگی فرایند حاکم بر مسئله ورق کامپوزیتی با جدایی بین لایه ای از قابلیت های نرم افزار آباکوس برای مدلسازی استفاده می شود. همچنین نتایج عددی حاصل از روش اجزای محدود با داده های عددی و آزمایشگاهی در دسترس مورد مقایسه و اعتبارسنجی قرار می گیرد. از دو روش آموزش لونبرگ–مارکوآرت و پس انتشار خطای انعطاف پذیربرای آموزش شبکه عصبی و مقایسه پاسخ ها استفاده می شود. نتایج پیش بینی با روش آموزش لونبرگ–مارکوآرت تطابق بسیار خوبی با مقادیر بدست آمده از روش اجزای محدود دارد. بعد از آموزش شبکه عصبی، از تعمیم این مدل برای پیش بینی و عیب یابی آسیب در ورق کامپوزیتی استفاده می شود.
    کلیدواژگان: ورق کامپوزیتی چندلایه، آسیب جدایی بین لایه ای، عیب یابی بر مبنای آنالیز مودال، شبکه عصبی پس انتشار خطا
  • احمد قاسمی قلعه بهمن*، سعید بابایی، حسن منصوری صفحات 232-242
    در این تحقیق روش جدیدی برای پیش بینی عمر خستگی تحت بارگذاری های نامتناسب ارائه شده است. این روش عددی برای پیش بینی عمر خستگی مواد مختلف شامل فولاد 1045، فولاد 30CrNiMo8HH، تیتانیوم TC4، آلیاژ منیزم AZ31B اکستروژن شده و آلومینیوم آلیاژی 6061 تحت بارگذاری های متناسب و نامتناسب بکار گرفته می شود. روش ارائه شده در قالب دو اصلاحیه گسترش داده شده است. اصلاحیه اول با مرتبط کردن مقادیر آسیب بارگذاری های متناسب و نامتناسب و اصلاح مقدار آسیب بارگذاری نامتناسب سعی در کاهش خطای پیش بینی عمر خستگی تحت بارگذاری نامتناسب را داشته و اصلاحیه دوم با استفاده از ضریب سخت شوندگی نامتناسب و یک رابطه خطی مقدار آسیب در بارگذاری نامتناسب را اصلاح کرده و متعاقبا عمر خستگی هم مورد اصلاح قرار می گیرد. در ادامه، این روش روی چند مدل خستگی پرکاربرد شامل ماکزیمم کرنش برشی، مدل SWT، مدل فاطمی-سوشی به علاوه مدل بابایی-قاسمی اعمال شده و نتایج با مشاهدات آزمایشگاهی مقایسه و صحت سنجی می شود. میزان تغییرات خطا و افزایش دقت پیش بینی عمر خستگی با روش ارائه شده با مقادیر مقادیر اصلاح نشده مقایسه و مورد بحث قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند روش ارائه شده برای تمام مواد مورد بررسی میزان خطا در محاسبه عمر خستگی را به مقدار چشم گیری کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: خستگی، خستگی چند محوره، بارگذاری نامتناسب، مکانیک آسیب، روش های عددی
  • حسن حسن زاده*، محمود راستی صفحات 243-252
    کاتالیست یکی از اجزای مهم پیل سوختی است که مدل سازی و بهینه سازی آن تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی عملکرد و قیمت پیل سوختی پلیمری دارد. علی رغم موفقیت هایی که در دو دهه گذشته در جهت افزایش عملکرد پیل سوختی بدست آمده است ولی هنوز واکنش کند اکسیژن در لایه کاتالیست کاتد و محدودیت های انتقال جرم از عوامل اصلی کاهش راندمان و عملکرد پیل سوختی پلیمری محسوب می شوند. هدف از این مقاله مدل سازی لایه کاتالیست کاتد پیل سوختی پلیمری به دو صورت هموژن و توده ای و مقایسه آن ها با هم است. معادلات حاکم شامل معادله نفوذ اکسیژن، معادله نرخ انجام واکنش های الکتروشیمیایی، معادلات انتقال پروتون و الکترون و معادلات کمکی هستند که توسط نرم افزار متلب حل شده و با داده های آزمایشگاهی و عددی موجود در مقالات اعتبارسنجی شده اند. نتایج نشان می دهند که در یک ضریب تخلخل ثابت، با افزایش شعاع توده ها و ضخامت یونیمر اطراف آن ها ، افت فعال سازی افزایش و غلظت اکسیژن در محل های واکنش کاهش می یابند که این منجر به افت منحنی عملکرد پیل سوختی می شود. همچنین با کاهش هرچه بیشتر شعاع توده ها ساختار مدل توده ای بسمت مدل هموژن میل کرده و منحنی عملکرد پیل سوختی بر مبنای مدل توده ای به سمت منحنی عملکرد پیل سوختی بر مبنای مدل هموژن میل می کند.
    کلیدواژگان: مدل توده ای، لایه کاتالیست کاتد، پیل سوختی پلیمری، مقایسه با مدل هموژن
  • محمدصادق امجدی، احسان فروزمهر*، محسن بدرسمای صفحات 253-259
    از روش های نوین برش ورق های فلزی، برش توسط لیزر است. در این روش، میزان ناحیه متاثر از حرارت و در نتیجه تغییر ساختار ماده پایه و نیز اعوجاج نسبت به سایر روش های حرارتی بسیار کم بوده و کیفیت برش خوبی ارائه می دهد. کنترل ناحیه متاثر از حرارت هنگام برش لیزری ورق تیتانیوم به علت هدایت حرارتی پایین و تمایل بالا به واکنش شیمیایی، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله به کمک آرایه متعامد L16 تاگوچی اثرات تعدادی از مهمترین پارامترها بر روی عرض این ناحیه هنگام برش ورق نازک تیتانیوم خالص تجاری به کمک لیزر پیوسته دی اکسید کربن مورد ارزیابی قرار گرفت. این پارامترها شامل ترکیب گاز خنثی کمکی، فاصله نازل برش از ورق، سرعت برش و توان لیزر است. متالوگرافی نمونه ها، تاثیرات هر یک از پارامترها و شرایط بهینه بررسی شد. با استفاده از نتایج، پیشنهاد شده است در برش ورق نازک تیتانیوم سرعت تا حد ممکن بالا انتخاب شود و انرژی جداسازی لازم از طریق تغییرات در توان لیزر تامین شود. استفاده از گاز کمکی هلیوم به جای آرگون نیز تاثیر قابل توجهی بر کاهش عرض ناحیه متاثر از حرارت نشان داد. در پایان، تغییرات ریزساختار و سختی ارائه شده است.
    کلیدواژگان: برش لیزری، تیتانیوم، ناحیه متاثر از حرارت، کربن دی اکسید، تاگوچی
  • علیرضا باصحبت نوین زاده*، مجتبی اسدی ماتک صفحات 260-266
    هدایت یک وسیله زیرآبی در مسیر خط اثر شناور هدف به دلیل پیچیدگی هدایت در آب و همچنین محدودیتهای حسگرها همچنان به عنوان اصلی ترین روش هدایت آشیانه یابی به حساب می آید. از معایب هدایت خط اثر شناور می توان به حرکت زیگزاگی جهت کشف مجدد آن اشاره کرد که با توجه به کاهش سرعت خطی نزدیک شدن به هدف گاها به آن نرسیده و اصابت و تخریب ناتمام می ماند. به همین علت ایده های مختلفی برای بهبود حرکت در مسیر خط اثر شناور مطرح شده است که هر کدام دارای محاسن و معایبی هستند. مدل خط اثر شناور با توجه به پیچیدگی و همچنین ناپایداری آن جهت استخراج مشخصات، به پدیده ای بسیار غیر خطی تبدیل شده و هدایت در آن به عنوان گلوگاهی در وسیله های زیرآبی است. با توجه به اینکه ناحیه کشف خط اثر شناور توسط حسگر به اندازه کافی گسترده نیست، کشف آن فقط در نزدیکی خود ممکن می شود، بنابراین مسیر واقعی آن قابل کشف نبوده و در نتیجه روش هدایتی پیشرفته در دسترس نیست. به همین علت پیشنهاد می شود جهت هدایت خط اثر شناور از روشی برای تعقیب مسیر ناشناخته استفاده شود. این قانون هدایت شامل دو بخش تخمین مسیر خط اثر شناور و هدایت غیر خطی در آن است. روش تخمین مسیر با استفاده از فیلتر پارتیکل انجام شده است که توانایی تخمین مسیرهای غیر خطی را داراست. اثبات پایداری روش هدایتی غیر خطی نیز از طریق لیاپانوف انجام می شود.
    کلیدواژگان: هدایت، وسیله زیرآبی، خط اثر شناور، فیلتر پارتیکل، لیاپانوف
  • سعید امیرعبداللهیان، حمید جان نثاری * صفحات 267-275
    فناوری های ذخیره انرژی حرارتی رویکردی نسبتا جدید در کاهش مصرف انرژی و ایجاد تعادل در مصرف، پیک سایی و افزایش سهم انرژی های تجدیدپذیر در تامین انرژی می باشند. با وجود محاسن زیاد، هنوز چالش هایی در مسیر توسعه ذخیره سازی انرژی حرارتی وجود دارد. یکی از این چالش ها، نرخ پایین شارژ و دشارژ در ذخیره سازهای حرارتی نهان می باشد. با توجه به وجود جریان های جابجایی طبیعی آرایش لوله های سیال و پره های حرارتی در بهبود عملکرد این سیستم ها نقش بسزایی ایفا می کنند. در این پژوهش نرخ ذخیره سازی انرژی در یک ذخیره ساز حرارتی نهان پوسته و لوله به روش عددی، با استفاده از تکنیک آنتالپی-تخلخل مورد مطالعه قرار گرفت و تاثیر افزایش تعداد لوله های سیال، جا به جا کردن لوله ها به پایین محفظه در آرایش 4 لوله ای، تغییر فاصله لوله های بالایی و استفاده از پره های حرارتی به هم متصل شده محوری، بررسی شد. کانتورهای سرعت و دمای درون محفظه تحلیل شد و مشاهده گردید صرفا با افزایش تعداد لوله ها نمی توان مشکل نرخ انتقال حرارت در پایان فرآیند را افزایش داد و لوله ها بایستی در پایین محفظه جایگذاری شده باشند. همچنین نشان داده شد پره های محوری می توانند باعث کند شدن جریان های جابجایی طبیعی و ایجاد نواحی بدون حرکت در سیال شوند که منجر به افت انتقال حرارت از لوله ها می شود. نتایج شبیه سازی پیش بینی می کند با به کارگیری آرایش چهارلوله ای که در آن لوله ها به سمت پایین و دیواره پوسته تغییر موقعیت داده اند، می توان زمان شارژ 0.95 از ظرفیت مبدل را تا یک چهارم زمان مشابه برای مبدل یک لوله ای، کاهش داد.
    کلیدواژگان: ذخیره ساز انرژی حرارتی نهان، جابجایی طبیعی، حل عددی، مواد تغییر فاز دهنده، سطوح گسترش یافته
  • مازیار خادمی، محمد بخشی جویباری*، عبدالحمید گرجی ولوکلا، میلاد صادق یزدی صفحات 276-286
    پیش بینی چروکیدگی و جلوگیری از آن، در طراحی ابزار و تعیین پارامترهای موثر در فرآیندهای شکل دهی ورقهای فلزی بسیار مهم می باشد. در شکل دهی فنجان های فلزی، چروک ممکن است در دو ناحیه فلنج و یا دیواره رخ دهد.کنترل چروک در ناحیه فلنج با کنترل فشار ورقگیر چندان دشوار نیست، اما در ناحیه دیواره به دلیل آزاد بودن ورق، امری دشوار محسوب می شود. در این مقاله، با استفاده از یک روش هندسی مبتنی بر شبیه سازی عددی، به بررسی چروکیدگی در دیواره قطعات متقارن مخروطی در فرآیند توسعه یافته کشش عمیق هیدرودینامیکی با فشار شعاعی و جریان سیال رو به داخل پرداخته شده است. در فرآیند به کار گرفته شده، از دو فشار مستقل برای شکل دهی ورق استفاده می شود. با توجه به ماهیت فرآیند، اثرات هم فشار شعاعی و هم فشار محفظه بر پدیده چروکیدگی مورد مطالعه قرار گرفته است. به علاوه، اثر جنس، ضخامت اولیه ورق و سرعت سنبه بر روی چروکیدگی در دیواره قطعه بررسی شده است. به منظور صحت سنجی نتایج، آزمایش تجربی بر روی ورق های فولادی و مسی انجام شده است که قابل اعتماد بودن این روش را در بررسی چروکیدگی نشان می دهد. یافته ها نشان داد که افزایش فشار شعاعی یا کاهش فشار محفظه منجر به افزایش چروکیدگی می گردد. هم چنین افزایش ضخامت، کاهش موثر چروکیدگی را به دنبال دارد. علاوه بر این، نشان داده شد که شبیه سازی چروکیدگی، وابستگی شدیدی به پارامترهای ورودی در مدل سازی هم چون سرعت سنبه و اندازه مناسب المان دارد.
    کلیدواژگان: چروکیدگی، هیدروفرمینگ، قطعات مخروطی، فشار شعاعی
  • مرضیه کمالی*، مهدی فرهادی، جواد عسگری صفحات 287-294
    کوادروتورها یک نمونه از هواپیما های بدون سرنشین هستند که دارای ویژگی های منحصر به فردی در مقایسه با دیگر پهپادها می باشند که می توان به برخواست و فرود به صورت عمودی، پرواز در محیط های کوچک و قابلیت مانور بالای آن ها اشاره کرد. همچنین ساختار نسبتا ساده، مقرون به صرفه و سیستم پرواز آسان کوادروتورها سبب شده است که به صورت گسترده ای به منظور توسعه، پیاده سازی و تست انواع روش های کنترل استفاده شوند. یکی از روش های کنترل مقاوم، کنترل مد لغزشی می-باشد که با وجود قابلیت های بالای کنترل مد لغزشی این روش یک اشکال عمده دارد و آن نوسان فرکانس بالا در سیگنال ورودی کنترل است که به پدیده ی چترینگ و یا وزوز معروف است. در چند دهه گذشته معادلات دیفرانسیل مرتبه کسری به زمینه های کاربردی مهندسی از جمله طراحی کنترل کننده ها وارد شده اند و امکان طراحی کنترل کننده هایی در جهت بهبود عملکرد مطلوب سیستم را فراهم کرده اند. در این مقاله از یک سطح لغزش مرتبه کسری برای طراحی قانون کنترل مد لغزشی برای کوادروتور استفاده شده است. هدف، بهبود عملکرد و کم کردن پدیده چترینگ در روش مد لغزشی می باشد. در این راستا با تعریف سطح لغزش PD^α قانون کنترل در دو حالت مختلف 0
    کلیدواژگان: کنترل کننده مد لغزشی، معادلات دیفرانسیل مرتبه کسری، چترینگ، کوادروتور
  • محمدرضا پیله چیان، محمدحسین ابوالبشری * صفحات 295-304
    در این پژوهش با اعمال تحریک اجباری در میدان سیال، اثرات استفاده از ابزارهای کنترلی جدید بر رفتار چتر فرود و میزان کارایی آن مورد مطالعه قرار می گیرد. مدل سازی انجام شده با نرم افزار تجاری فلوئنت شبیه سازی و تحلیل شده است. ابتدا هندسه ی کلی پیشنهاد می گردد. این شبیه سازی ها در مورد تاثیر این تحریک بر رفتار جریان، کارایی چتر، نقاط پرفشار چتر اطلاعات مهمی را در اختیار قرار می دهد و نقطه ی آغازی بر مطالعات چتر فرود در حوزه ی دانشی اندرکنش سازه -سیال است. برای ساده سازی روند حل در مسئله از فرض تقارن محوری و هم چنین صلب بودن دیواره چتر استفاده شده است. با توجه به دامنه ی حرکت زیاد بالچه نسبت به سلول های مجاورشان در مسئله ی پیش رو و اهمیت کیفیت شبکه در مجاورت مرز جامد، از روش هموارسازی فنر-پایه به همراه تولید مجدد شبکه ی محلی و ناحیه ای استفاده شده تا کیفیت شبکه برای ثبت لایه ی مرزی و گردابه ای ایجاد شده در سطح جامد مناسب باشد. در این پژوهش نشان داده شده است که استفاده از هندسه های قوس کروی در برابر هندسه های سهموی و قطاع دایره ای دارای مزیت است. ایجاد تحریک در دیسک گذردهی انتهای چتر فرود باعث می شود که ضریب پسای کلی به شدت افزایش یابد و تا حدود دو برابر بزرگ شود. میدان جریان باوجود تحریکات در یک منطقه ی بزرگ دچار افت فشار کل می گردد؛ درصورتی که این تحریکات وجود نداشته باشد این ناحیه بسیار کوچک تر خواهد بود.
    کلیدواژگان: شبیه سازی، چتر فرود، بالک متحرک، کنترل جریان
  • عبدالرضا رحیمی*، فرشاد ربیعی، محمدجعفر حداد صفحات 305-315
    تکنیک روانکاری کمینه در فرآیند سنگزنی دارای مزایای متعدد فنی و اقتصادی است. این تکنیک نه تنها عملکرد فرآیند سنگزنی شامل یکپارچگی سطح، نیروهای سنگزنی و سایش چرخ سنگ را بهبود می بخشد. بلکه به دلیل مصرف بسیار پایین سیال برشی، تکنیکی سازگار با محیط است. با وجود چنین مزایایی، این تکنیک به دلیل مصرف پایین سیال برشی، دارای مشکل جدی افزایش حرارت و در نتیجه سوختگی قطعه کار است. به منظور رفع این مشکل استفاده همزمان از نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک پیشنهاد شده است. نانوسیال به دلیل ظرفیت انتقال حرارت بالا، می تواند حرارت بیشتری را از منطقه تماس دانه/ قطعه کار خارج کند. ارتعاشات التراسونیک نیز به دلیل مکانیزم سیکلی و کاهش زمان و طول تماس دانه/ قطعه کار، حرارت کمتری تولید می کند. در این تحقیق، نانوسیال پایه آبی حاوی ترکیب نانولوله کربنی چندجداره (با رسانندگی حرارتی بالا) و آلومینیم اکسید (با اثر روانکاری بالا) مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که استفاده همزمان نانوسیال ترکیبی با ارتعاشات التراسونیک منجر به کاهش 60.2 درصدی دمای سنگزنی (از 254 به 101 درجه سانتیگراد) نسبت به حالت خشک می گردد. همچنین ضریب اصطکاک و نیروی مماسی به ترتیب تا 35.9و 69.2 درصد کاهش می یابند. ضمن اینکه هیچ گونه علائم سوختگی بر روی قطعه کار مشاهده نشد در حالی که در سنگزنی خشک قطعه کار دچار سوختگی شدید گردید. مورفولوژی سطح نیز کاهش عیوب سطحی نظیر تغییرشکل پلاستیک و جریان مواد به اطراف را نشان می دهد. براده های حاصله تشابه مکانیزم براده-برداری در این تکنیک با تکنیک های متداول استفاده از سیال برشی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: تکنیک روانکاری کمینه، سنگزنی با ارتعاشات التراسونیک، نانوسیال ترکیبی، دمای سنگزنی، کیفیت سطح
  • سید مصطفی حسینعلی پور*، پریسا افکاری، حمیدرضا شهبازیان صفحات 316-326
    افزایش دمای گاز ورودی به توربین های گازی باعث افزایش قدرت و راندمان حرارتی آن ها خواهد شد. با توجه به محدودیت دمایی آلیاژهای مورد استفاده، به کارگیری روش-هایی جهت کاهش دمای اجزای توربین گاز به خصوص پره های توربین، امری ضروری خواهد بود. امروزه تکنولوژی دنده های V شکل نیز به علت انتقال حرارت مناسب، مورد توجه محققان و پژوهشگران خنک کاری داخلی پره های توربین گاز واقع شده است. هدف از این مقاله ارائه و مقایسه دو نمونه از چیدمان پیشنهادی جدید دنده های V شکل به صورت چیدمان تناوبی و چیدمان روی یک خط در حالت جهت گیری به سمت پایین دست در دو صفحه مخالف در یک کانال مستطیلی و همچنین بررسی و امکان سنجی سیالاتی و انتقال حرارتی آن ها به منظور استفاده در خنک کاری داخلی پره توربین گاز می باشد. برای اعتبارسنجی از یک نمونه نتایج تجربی موجود استفاده شده و در ادامه، نتایج برای اعداد بی بعد 2000
    کلیدواژگان: توربین گاز، راندمان حرارتی، خنک کاری پره، شبیه سازی عددی
  • محمد امین شاهرخیان دهکردی، مجید کریمیان * صفحات 327-334
    روش ریخته گری مدل فومی فدا شونده، یک روش نوین برای ریخته گری قطعات پیچیده می باشد که علاوه بر داشتن مزایای فنی و اقتصادی نسبت به روش سنتی دارای مزایای زیست محیطی نیز بوده و از این رو مورد توجه ویژه قرار گرفته است. در این پژوهش به بررسی اثر متغیرهای چگالی فوم، دمای ذوب ریزی و ویسکوزیته پوشان که از اثرگذارترین متغیرهای فرآیند ریخته گری مدل فومی فداشونده بر روی درصد تخلخل و سختی نمونه ها هستند، پرداخته می شود. به منظور طراحی آزمایشات و تعیین سطوح بهینه هریک از متغیرهای در نظر گرفته شده از روش تاگوچی و تحلیل نسبت سیگنال به نویز و واریانس استفاده گردید. کلیه متغیرهای درنظر گرفته شده در سه سطح و با استفاده از روش تحلیل تاگوچی آرایه متعامدL9 مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد که چگالی فوم 20 kg/m3، دمای ذوب ریزی 740° C و ویسکوزیته پوشان 20 sec به علت ایجاد حالت مناسب بین تجزیه حرارتی و تبخیر فوم با سرعت پیشروی مذاب و خروج گاز بوجود آمده در مدل از طریق منافذ پوشان و همچنین ایجاد کمترین مقدار درصد تخلخل(2.6%) به همراه بیشترین مقدار سختی(27.7 HRA)، مقادیر بهینه برای متغیرها بوده که چگالی فوم و دمای ذوب ریزی به ترتیب تاثیرگذارترین پارامترها بر روی درصدتخلخل و سختی با مقادیر ضریب تاثیر 64.58% و 56.35% می باشند.
    کلیدواژگان: ریخته گری مدل فومی فداشونده، روش تاگوچی، تحلیل واریانس، سختی، درصدتخلخل
  • مرتضی مهرگو، متین کرباسیون، مجید عمید پور * صفحات 335-345
    طراحی بهینه و بهبود عملکرد مولدهای بخار بازیاب حرارتی تاثیر قابل توجهی بر بازدهی حرارتی نیروگاه های سیکل ترکیبی دارند. بنابراین، مولد بخار بازیاب حرارتی باید به گونه ای طراحی شود که میزان بازیابی حرارتی را بیشینه نموده و عملکرد کل نیروگاه را بهبود بخشد. در این مقاله، یک روش طراحی و بهینه سازی مولد بخار بازیاب حرارتی با سه سطح فشار پیشنهاد شده است. در این مدل، بهینه سازی همزمان پارامترهای عملکردی و هندسی جهت طراحی مولد بخار بازیاب حرارتی بوسیله تئوری ساختاری ارائه گردیده و حداقل سازی تولید انتروپی کل سیستم به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده است. همچنین، پارامترهای بهینه در مولد بخار بازیاب حرارتی با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک با قید غیرخطی حجم ثابت بدست آمده اند. حجم بهینه کل با تبدیل اتلاف اگزرژی به هزینه تولید انتروپی و همچنین درنظر گرفتن هزینه سرمایه گذاری و اثرمتقابل بین آن ها بدست می آید. علاوه بر این، نسبت ابعاد هر یک از بخش ها، سطح انتقال حرارت برای هریک از اجزای مولد بخار بازیاب حرارتی و خواص ترمودینامیکی پارامترهای اصلی از ساختار جریان هستند که توسط طراحی ساختاری بدست می آیند. علاوه بر این، تاثیر تغییر در دما و دبی گاز بر حجم بهینه و همچنین بر میزان توان و بخار تولیدی نیز بررسی شده است.
    کلیدواژگان: مولد بخار بازیاب حرارتی، تئوری ساختاری، تولید انتروپی، بهینه سازی، روش الگوریتم ژنتیک
  • ایمان آذربایجانی، نیما جمشیدی*، احسان حاجی صادقیان صفحات 346-352
    یکی از موارد بسیار با اهمیت در طراحی پروتزهای دست توجه به پوشش یا پوسته آن ها است. هدف از این تحقیق طراحی پوششی است که از نظر نحوه انتقال نیرو و تغییر شکل، رفتاری تا حد امکان، مشابه پوست طبیعی انسان داشته باشد. یک لایه از جنس لوریکا که خواصی بسیار شبیه پوست طبیعی دارد، به پوشش معمول متشکل از سه لایه اضافه گردید. با استفاده از تحلیل اجزای محدود در نرم افزار انسیس روکش چهار لایه جدید بر روی مدل سه بعدی پروتز دست با ضخامت های مختلف برای لایه خارجی مورد بررسی قرار گرفت و نحوه تغییر شکل و تنش های داخلی پروتز اندازه گیری شد. ضخامت بهینه بیرونی ترین لایه، با توجه به نحوه توزیع تنش و کرنش و انتقال آن به هسته فلزی پروتز، مورد ارزیابی قرار گرفت. رابطه بین ضخامت این لایه و نحوه توزیع تنش و تغییر شکل پوشش، خطی و مستقیم نیست و ضخامت 5/1 میلی متر در میان مقادیر اندازه گیری شده در این بخش، نتایج مناسب تری ارائه می دهد.
    در این تحقیق لایه چهارم برای بهبود خواص اصطکاکی و الاستیک روکش های پیشین به آن ها اضافه گردید و تاثیر وجود آن بر توزیع تنش و کرنش در پروتز مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به عدم وجود ارتباط خطی میان ضخامت و توزیع تنش، برای تعیین ضخامت بهینه با توجه به محدودیت های موجود نظیر جاسازی حسگرهای تماسی در ادامه تحقیقات، حداقل ضخامت ممکن برای پوشش در نظر گرفته می شود.
    کلیدواژگان: پروتز، دست مصنوعی، لایه های پوست، ضخامت بهینه، تحلیل اجزای محدود
  • سامیه نجاران، زهرا رحمانی*، مجتبی حسن زاده صفحات 353-362
    امروزه خودروهای هیبرید الکتریکی برای کاهش مصرف سوخت و آلاینده ها، مطرح شده اند. مساله ای که در خودروهای هیبرید الکتریکی بسیار حائز اهمیت است، چگونگی تقسیم توان میان اجزاء اصلی زنجیره انتقال قدرت است. بهترین مدیریت انرژی هنگامی حاصل می شود که تمامی شرایط آینده در دسترس باشد. با پیشرفت سیستم های هوشمند تا حدی امکان دسترسی به شرایط جاده، ترافیک و دیگر اطلاعات برخط تا یک افق زمانی محدود برای خودرو فراهم شده است. در این مقاله، از ترکیب روش های کنترل پیش بین و برنامه‏نویسی پویا برای به دست آوردن مسیر زیر-بهینه برخط، استفاده شده است. تغییر در حالت ترافیکی موجود در مسیر حرکت، تاثیر بسیاری در میزان کاهش مصرف سوخت خودرو دارد. بنابراین با توجه به حالت ترافیکی، یک سیستم فازی برای تخمین برخط سرعت خودرو پیشنهاد شده است. روش پیشنهادی برخلاف بسیاری از روش های مدیریت انرژی که از داده های گذشته برای پیش بینی مسیر استفاده می کنند، موجب کاهش وابستگی کنترل کننده به چرخه رانندگی می گردد. شبیه سازی بر روی یک خودروی هیبرید الکتریکی پلاگین با ساختار موازی انجام شده است. روش پیشنهادی با روش برنامه نویسی پویا و بهینه سازی لحظه ای مقایسه شده است. ارزیابی نتایج نشان می دهد که روش پیشنهادی در حین سادگی و پرهیز از روابط ریاضی پیچیده ، می تواند علاوه بر کاهش مصرف سوخت نسبت به بهینه سازی لحظه ای، مدیریت مناسبی بر روی سطح شارژ باتری داشته باشد. نتایج حاصل از این روش شبیه به پاسخ بهینه کلی حاصل از برنامه نویسی پویا می باشد
    کلیدواژگان: مدیریت انرژی، خودروی هیبرید الکتریکی پلاگین، کاهش مصرف سوخت، کنترل پیش بین، کنترل فازی
  • مجید رجبی وندچالی، محمدحسین عباسپور فرد*، عباس روحانی صفحات 363-373
    در حال حاضر، جهان با کاهش روزافزون منابع فسیلی، بحران انرژی و نیز مسائل زیست محیطی مواجه است. از طرفی، موتورهای دیزل به دلیل کاربرد گسترده در بخش های مختلف نظیر حمل و نقل، کشاورزی، صنعت و غیره، از منابع اصلی مصرف سوخت و تولید آلاینده هستند. اندازه گیری دقیق مصرف سوخت و آلایندگی موتورها مستلزم صرف وقت و هزینه ی گزاف برای محققین است. از این رو، هدف اصلی این تحقیق ارائه ی مدل های رگرسیون خطی مناسب برای برخی پارامترهای عملکردی مهم موتور تراکتور ITM285 بر حسب گشتاور و سرعت موتور بود. آزمایش در 11 سطح سرعت اولیه موتور (779، 921، 1063، 1204، 1346، 1488، 1629، 1771، 1818، 1913 و 2054 rpm) با اعمال گشتاور از صفر تا بار کامل، با گام های 10 N.m انجام شد. پارامترهای اندازه گیری شامل دبی جرمی مصرف سوخت، دمای اگزوز، سرعت لحظه ای موتور، حداکثر و میانگین کدری دود اگزوز بود. چهار مدل رگرسیون خطی مختلف برای برآورد پارامترها مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج بررسی کارآیی مدل های رگرسیونی نشان داد که برای تمامی پارامترها، مدل رگرسیونی مرتبه دوم دارای بیش ترین بازده و کم ترین RMSE بود. بیش ترین و کم ترین تاثیر گشتاور به ترتیب بر دمای اگزوز و سرعت لحظه ای موتور بود؛ درحالی که این نتیجه برای سرعت اولیه ی موتور کاملا برعکس بود. نتایج ارزیابی مدل های رگرسیونی نشان داد که تطابق بالایی بین خروجی مدل ها با خروجی مطلوب وجود داشت. هم چنین، هم بستگی بین دبی جرمی سوخت و دمای اگزوز و نیز بین حداکثر و میانگین کدری دود به ترتیب با ضرائب هم بستگی 0.96 و 0.99 در سطح بسیار بالایی قرار داشت.
    کلیدواژگان: رگرسیون خطی چندمتغیره، کدری دود اگزوز، گشتاور، مصرف سوخت، موتور دیزل
  • امیر راحلی، صابر عزیزی*، شیرکو فاروقی صفحات 374-384
    در این مقاله به بررسی ناپایداری دینامیکی و ارتعاشات غیر خطی یک میکروتیر دوسرگیردار ساندویچ شده با لایه های پیزوالکتریک تحت تحریک پارامتریک در ناحیه زیرهارمونیکپرداخته شدهاست. معادلات حرکت با استفاده از روش انرژی و اصل همیلتونین استخراج شده، سپس با استفاده از پارامترهای بی بعدسازی مناسب، جهت مقایسه بزرگی بین ترم های معادله،در فرم بی بعدنوشته شده است. اعمال ولتاژ هارمونیک به لایه های پیزوالکتریک باعث ایجاد ضریب سختی خطی و متغیر با زمان در میکروتیر می-شود. معادله بی بعد بدست آمده با استفاده از روش گلرکین گسسته سازی شده و در نهایت با ساده سازی و ایجاد تغییر متغیر مناسب در فرم معادله متیو غیرخطی دمپ شده نوشته شدهاست.شرایط اولیه ای که منجر به حل پریودیک(حرکت پریودیک) می شوندبا استفاده از روش پرتابه ای محاسبه شده است. وجود شرایط تکیه گاهی دوسرگیردار باعث غیر خطینگی در هندسه و درنتیجه معادلات حاکم بر حرکت می شود.تاثیر پامترهای مختلف نظیر میزان سختی غیرخطی، ضریب دمپینگ، فرکانس و دامنه تحریک هارمونیک بر روی صفحه ناپایداری معادله متیو بررسی شدهاست.نتایج نشان می دهد که با افزایش ضریب دمپینگ مساحت ناحیه رزونانسی کاهش پیدا می کند. همچنین مشاهده شد که افزایش ضریب غیرخطینگی برروی مساحت ناحیه رزونانسی تاثیر گذار نیست، و تاثیر آن در دامنه پاسخ زمانی سیستم مشاهده شد. نتایج نشان می دهند که افزایش غیرخطینگی موجب کاهش دامنه پاسخ زمانیمی شود.
    کلیدواژگان: سیستم های میکروالکترومکانیکی، معادله متیو غیرخطی دمپ شده، روش پرتابه ای، میکروتیر دوسرگیردار، تشدید زیرهارمونیک
  • سید باقر فاضلی اصل، سید سجاد موسی پور * صفحات 385-393
    در این مقاله، یک کنترل کننده مد لغزشی ترمینال نوع سریع بازگشت به عقب مرتبه کسری برای کنترل یک ژیروسکوپ سه محوره میکروالکترومکانیکی دارای نامعینی پارامتری و اغتشاشات داخلی و خارجی، پیشنهاد شده است. برای جبران نامعینی ها و همچنین اغتشاشات وارده به سیستم از ترکیب کنترل کننده های غیرخطی مقاوم مد لغزشی و بازگشت به عقب استفاده می شود. در روش پیشنهادی، سطح لغزش به صورت مرتبه کسری انتخاب می شود. برای افزایش سرعت همگرایی حالت های سیستم به نقاط تعادل و یا صفر شدن خطا، کنترل کننده مد لغزشی ترمینال سریع به کار گرفته می شود .پایداری کلی سیستم حلقه بسته با استفاده از قضیه پایداری لیاپانوف اثبات می شود. همچنین علاوه بر کنترل کننده پیشنهادی فوق، یک کنترل کننده مد لغزشی بازگشت به عقب مرتبه کسری برای سیستم ژیروسکوپ طراحی و پیاده سازی شده است. به منظور ارزیابی کارایی کنترل کننده های طراحی شده، این کنترل کنندها با کنترل کننده های مد لغزشی بازگشت به عقب و مد لغزشی ترمینال سریع بازگشت به عقب مقایسه شده اند. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که کنترل کننده پیشنهادی دارای پاسخ گذرای سریعتر نسبت به دیگر کنترل کننده ها می باشد. از دیگر مزایای کنترل کننده پیشنهادی، سادگی طراحی و اجرا، افزایش پایداری سیستم و ردیابی قابل قبول نسبت به دیگر کنترل کننده می باشد. همچنین پدیده چترینگ در کنترل کننده های طراحی شده مرتبه کسری، بر خلاف دو کنترل کننده دیگر به طور کامل حذف شده است.
    کلیدواژگان: مد لغزشی، ترمینال سریع، بازگشت به عقب، مرتبه کسری، ژیروسکوپ سه محوره
  • رامبد رستگاری *، خلیل عالی پور صفحات 394-404
    استفاده از سیستم های خودکار جهت اکتشافات فضایی، می تواند به صورت چشمگیر هزینه های انجام ماموریت مورد نظر را کاهش دهد. یکی از ساختارهایی که قبلا در اکتشافات فضایی مورد استفاده قرار گرفته است، ربات های چرخ دار بوده است. ربات های چرخ دار دارای فضای کاری بسیار وسیعی هستند و همچنین می توانند با سرعت مناسب حرکت کنند. این سیستمها معمولا دارای مکانیزم های ساده بوده و از حیث مصرف انرژی مناسب هستند. در بسیاری از پژوهش های گذشته، پایه ی این نوع ربات های چرخ دار دارای شاسی صلب است؛ ولی چنانچه حرکت سیستم بر روی زمین های نسبتا ناصاف مد نظر باشد، بهتر است سیستم دارای تعلیق انعطاف پذیرباشد. به علاوه، در بسیاری از تحقیقات گذشته از مدل کردن نیروهای اصطکاک غیرخطی بین چرخ ها و زمین صرفنظر گردیده است. بر این اساس، در این مقاله، معادلات دینامیک حرکت یک ربات چرخ دار با در نظر گرفتن چرخ های بادی و مجهز به سیستم تعلیق انعطاف پذیر، استخراج می گردد. برای شبیه سازی اصطکاک و لغزش چرخ ها از مدل دوگاف استفاده شده است. با در نظر گرفتن گشتاور چرخ ها به عنوان ورودی ، به ارائه یک قانون تنظیم حرکت دولایه جدید می پردازیم. در این قانون امکان کنترل زاویه فراز پلتفرم با تنظیم نیروی اصطکاک چرخ ها فراهم می گردد. در لایه ی نخست کنترل گر، حرکت ربات چرخ دار با استفاده از استراتژی امپدانسی چندگانه ی اصلاح شده برآورده شده و در لایه ی دوم، که هدایت موضعی نامیده می شود، گشتاور اعمالی به چرخ ها و زوایای فرمان آن ها به شکلی تنظیم می شود که نیروها/گشتاورهای خروجی مطلوب لایه ی نخست محقق گردد. نتایج شبیه سازی، قابلیت های مطلوب الگوریتم جدید را برای ربات های چرخ دار نشان می دهد.
    کلیدواژگان: اکتشافات فضایی، ربات چرخ دار، امپدانس چندگانه اصلاح شده
  • محسن میرزاجانی، ناصر خاجی * صفحات 405-412
    در این نوشتار، روش المان محدود موج به منظور مدلسازی انتشار موج تنش در میله ناهمگن ، خطی، ناهمسانگرد میکروپولار با سطح مقطع متغیر توسعه داده شده است. برای این منظور، معادلات روش المان محدود موج بر پایه نظریه الاستیسیته میکروپولار توسعه داده شده اند. برای میله میکروپولار دو نوع موج با سرعت های سریع و کند شناسایی شده است. در نظریه میکروپولار یک درجه آزادی دورانی علاوه بر درجات آزادی نظریه کلاسیک الاستیسیته در نظر گرفته شده است. روش پیشنهادی در این مقاله برای حل مسایل انتشار امواج و همچنین ضربه در میله میکروپولار با لایه های مختلف به کار برده شده اند. نتایج به دست آمده با استفاده از این روش با نتایج تحلیلی و/یا عددی موجود مقایسه شده اند که تطابق بسیار خوبی بین این نتایج بدست آمده است.
    کلیدواژگان: نظریه الاستیسیته میکروپولار، روش المان محدود موج، انتشار امواج، میله میکروپولار، ضربه
  • محمد امین علی اصغرپور، کریم سلحشور * صفحات 413-418
    حفاری یکی از فرآیند های مکانیکی بسیار حیاتی در صنعت نفت و گاز است که کنترل پارامترهای عملیاتی آن به منظور افزایش بهره وری و کاهش هزینه های گران قیمت در این فرآیند تنظیم می شود. هدف اصلی در این مقاله، ارائه یک راه کار نوین جهت تنظیم و بهینه سازی نرخ حفاری با بهره گیری از گشتاور موتور گردان در سیستم حفاری می باشد. در این مقاله، پیکر بندی جدیدی بر مبنای کنترل کننده های مقاوم پیش بین برای ردیابی مقادیر کاری مرجع تکه ای-ثابت معرفی می گردد. برای این منظور، یک کنترل کننده پیش بین مقاوم مبتنی بر ایده تیوب مطرح می شود که تیوب های آن بر مبنای مجموعه های قابل دسترس سیستم ارائه شده است. یک سیستم حفاری شامل موتور گردان، لوله های حفاری و مته، به عنوان بستر تست نمونه برای ارزیابی عملکرد این روش کنترلی در نظر گرفته شده است. سیستم حفاری در نظر گرفته شده با استفاده از ساختار مدل بورگین و یانگ، به عنوان یک مدل ریاضی کامل حفاری، بصورت یک سیستم خطی توام با عدم قطعیت های محدود و جمع شونده مدل سازی می شود. مهمترین بخش نوآورانه در این مقاله مربوط به ادغام مساله رگولاتوری با مساله ردیابی است. مزایای روش کنترلی معرفی شده نسبت به رویکردهای کنترلی معمول بر حسب خصوصیات پایداری و مقاوم در سیستم حفاری شبیه سازی شده مورد بررسی قرار داده می شود و برتری نتایج حاصل در شبیه سازی ها نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: سیستم های حفاری، کنترل بهینه، کنترل کننده پیش بین، کنترل مقاوم، نرخ حفاری
  • مجتبی برزگری، بهمن وحیدی *، محمدرضا صفری نژاد صفحات 419-429
    بی اختیاری استرسی ادرار، خروج غیرارادی ادرار از پیشابراه بعلت افزایش فشار شکمی در غیاب انقباض مثانه است که منجر به افزایش فشار مثانه ای به بیش از مقدار فشار پیشابراهی می شود. زنان میانسال بیشترین قشر در بیماران مبتلا به این عارضه هستند. علیرغم آمار بالای بیماران مبتلا به این بیماری، اطلاعات بسیار اندکی در مورد مکانیک و نحوه عملکرد آن از لحاظ نظری وجود دارد. هدف پژوهش جاری، ایجاد یک مدل محاسباتی از مثانه و پیشابراه تحت یک فشار خارجی (همانند یک عطسه) است که بتواند به کمک روش های عددی المان محدود و تکنیک های برهمکنش سیال-جامد به بررسی این عارضه بپردازد. در ایجاد این مدل، خواص مکانیکی اعمال شده به دیواره مثانه و پیشابراه و همچنین شرایط مرزی بافت های حمایت کننده از اهمیت بسیار زیادی برخوردار هستند. نوآوری این طرح نسبت به طرح های مشابه‏، استفاده از روش صریح در حل عددی و توجه بیشتر به ارتباط بالینی در قیاس با نگرش صرف مهندسی به موضوع است. نتایج نشان می دهد که دقت فشار پیش بینی شده در مرکز مثانه برای مدلی که از مدل ماده غیرخطی (هایپرالاستیک) استفاده می کند نسبت به مدل خطی (الاستیک) به طور قابل توجهی بیشتر است. نتایج مدل های محاسباتی حاکی از آن است که می توان با استفاده از روش های عددی و ساده سازی فیزیک سامانه های زیستی همانند دستگاه ادراری تحتانی، نتایج آزمایشگاهی را در محیط مجازی با هدف شناخت سازوکارهای پاتولوژیکی مجددا تولید کرد.
    کلیدواژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، دستگاه ادراری، بی اختیاری ادراری استرسی، روش اجزاء محدود، برهمکنش سیال، جامد
  • حسین محمدی، مهدی رمضانی زاده * صفحات 430-438
    در این تحقیق، جریان حول بال های مثلثی برش خورده، بریده و الماسی به طول وتر ریشه ی 360 میلی متر با زوایای پسگرایی به ترتیب،°65، °42/°66 و °53 با استفاده از رهیافت شبیه سازی گردابه های بزرگ بررسی شده است. ضرایب آیرودینامیکی بال های مثلثی مذکور محاسبه گردیده و با نتایج عددی و تجربی موجود مقایسه شده که تطابق خوبی با نتایج تجربی مشاهده شده است. شرایط مرزی استفاده شده به منظور محاسبات هواصوتی شامل سرعت جریان آزاد 50 متربرثانیه، عدد رینولدز بر پایه ی وتر ریشه 106×2.1 و عدد ماخ 0.147 در زاویه ی حمله ی 15 درجه در نظر گرفته شده است. نتایج صدای دریافتی از میکروفن های قرار گرفته در ناحیه دنباله بال های مورد مطالعه، به صورت چگالی طیف قدرت، فشار صوتی، تراز فشار صدا و دامنه صدا مورد بررسی قرار گرفته است. تراز فشار صدای دریافتی توسط میکروفن قرار گرفته در فاصله 1.835 متری از نوک بال های مذکور در بازه ی عدد استروهال 0 تا 1 به ترتیب بین 22 الی 66، 10 الی 73 و 9 الی 44 دسی بل متغیر است که بیانگر رفتار صوتی بهتر بال مثلثی الماسی نسبت به بال های مثلثی برش خورده و بریده می باشد.
    کلیدواژگان: پدیده ی هواصوتی، بال مثلثی برش خورده، بال مثلثی بریده، بال مثلثی الماسی، رهیافت شبیه سازی گردابه های بزرگ
  • محمد هنرپیشه *، فرشاد نظری صفحات 439-445
    روش کانتور یکی از روش های جدید در اندازه گیری تنش پسماند می باشد که برای اندازه گیری نقشه دوبعدی تنش های پسماند استفاده می شود. در این مطالعه، تنش های پسماند در میله های تولید شده به روش اکستروژن گرم با کاهش سطح مقطع زیاد، اندازه گیری شده است. این میله ها از جنس آلیاژ 6061 آلومینیوم بوده و تاثیر عملیات حرارتی آنیل بر آنها مورد مطالعه قرار گرفته است. در این راستا تنش های پسماند قبل و بعد از عملیات حرارتی آنیل بررسی شده و عدم قطعیت اندازه گیری تنش پسماند به روش کانتور، محاسبه شده است. مطالعه نتایج نشان می دهد در میله های تولید شده به روش اکسترود گرم با کاهش سطح مقطع زیاد، تنش پسماند کششی در مرکز میله ایجاد شده و با حرکت در راستای شعاع به تنش پسماند فشاری تغییر می کند به طوری که سطح در تعادل بین تنش کششی و فشاری قرار دارد. بیشترین تنش پسماند کششی در مرکز میله اتفاق می افتد و انجام عملیات حرارتی آنیل سبب کاهش بسیار زیاد تنش ها می گردد. همچنین مطالعه عدم قطعیت نشان داد، عدم قطعیت روی سطح نمونه تقریبا یکنواخت بوده و منابع خطای جابجایی و خطای مدل تاثیر مشابهی بر عدم قطعیت در روش کانتور دارند.
    کلیدواژگان: روزنرانی، تنش پسماند، روش کانتور، عدم قطعیت
  • رویا دارابی، حامد دیلمی عضدی * صفحات 446-452
    امروزه ورق های دولایه به سبب ویژگی های منحصر به فرد در صنایع مختلف کاربردهای فراوانی یافته است. ویژگی هایی از جمله وزن و شکل پذیری ورق دولایه تابع جنس و ضخامت لایه های تشکیل دهنده ورق دولایه می باشند. ناپایداری پلاستیک و بروز گلویی موضعی فرآیند شکل دهی ورق ها را محدود می نماید و منحنی حد شکل دهی (FLD) به منظور ارزیابی شکل پذیری استفاده می شود. در این مقاله با استفاده از روش بهینه سازی چند هدفه با کمک الگوریتم ژنتیک، نسبت بهینه ضخامت لایه ها در ورق دولایه تشکیل شده از لایه های از آلیاژ آلومینیوم Al3105 و فولاد St14 جهت دستیابی به کمترین وزن برای ورق دو لایه و بیشترین شکل پذیری تعیین می گردد. منحنی حد شکل دهی ورق دولایه با کمک روابط تحلیلی بر اساس مدل مارسینیک و کوزینسکی (M-K) و بر پایه معیار تسلیم ناهمسانگرد بارلات و لاین محاسبه می شود. آزمایشهای تجربی جهت استخراج منحنی حد شکل دهی ورق دولایه Al3105-St14 به صورت تجربی و ارزیابی درستی مدل تئوری انجام می گیرد. پس از تعیین توابع وزن واحد سطح ورق دولایه و شکل پذیری آن بر حسب متغیرهای ضخامت، با استفاده از الگوریتم ژنتیک مقادیر بهینه ضخامت لایه ها برای دستیابی به کمترین وزن واحد سطح و بیشترین شکل پذیری با کمک جبهه پارتو تعیین می شود. جبهه پارتو به دست آمده مجموعه ای از پاسخهای بهینه ممکن را ارائه می دهد. همچنین با استفاده از تکنیک حداقل فاصله، نقطه زانویی به عنوان مناسبترین پاسخ از میان مجموعه جواب های جبهه پارتو تعیین می گردد.
    کلیدواژگان: ورق های دو لایه، شکل پذیری، بهینه سازی چند هدفه، الگوریتم ژنتیک
|
  • Morteza Haghbeigi, Esmael Khanmirza * Pages 1-11
    Cooperation and autonomy are among the most important aspects of unmanned systems through which greater use of these system is possible. Most applications in civil market is related to government organizations requiring surveillance and inspection, such as coast guards, border patrol, emergency services and police. A cooperation algorithm is developed and simulated in this research for autonomous UAVs to track a dynamic target in an adversarial environment. First, a mathematical formulation is developed to represent the area of operation that contains various types of threats in a single framework. Then a search point guidance algorithm is developed by using a rule-based approach to guide every UAV to the way points created by the cooperation algorithm, with the requirements of completing mission, avoiding restricted areas, minimizing threat exposure level, considering the dynamic constraints of the UAVs and avoiding collision. The cooperation algorithm is designed based on a variable formation which depends on a cost function. The efficiency of the team is improved in the terms of increasing the area of coverage of the sensors, flexibility of the UAVs to search for better trajectories in terms of restricted area avoidance and threat exposure minimization, and improving the estimation. Finally, the performance of the algorithm is evaluated in a MATLAB environment, which includes the dynamics of vehicles, the models of sensor measurement and data communication and the discrete execution of the algorithms. The simulation results demonstrate that the proposed algorithms successfully generated the trajectories that satisfy the given mission objectives.
    Keywords: Cooperation, Autonomous Guidance, Target Tracking, Path Planning, UAV
  • Hassan Abdollahi * Pages 12-20
    We know, cantilevers are based for the most of the MEMS components, in this paper, the fabrication process of SiO2 micro cantilever array based on bulk micromachining technology is introduced. The results of which can be used to fabricate of SiO2 micro cantilever sensors. The micro-cantilever fabrication process is implemented in the 13th stage with two glass and talcous masks and it is also suspend by wet release technique. The main advantages of the proposed method can be expressed no need for advanced deposition equipment, design with minimum mask, fast and simplicity in implementation of the micro cantilever, avoid of complexity release from sacrificial layer, release the micro cantilever at environment temperature, low cost price and finally possible to implement in microelectronics research laboratories with limited equipment. The SiO2 micro cantilevers fabricate with 1and 2µm thickness, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350 and 400μm lengths, and 20 and 40µm widths. The resonant frequency and the spring constant values are also calculated for different materials (Si3N4, Si, Au, SiO2, Al and SU8) with various sizes. The SEM images results show that the lithographic process is correctly done on the roughness of the backside substrate, the fabrication process and Si etching operations controls are performed suitable, and micro-cantilevers are suspended with negligible stress.
    Keywords: Bulk micromachining, Micro cantilever, Wet release, MEMS
  • Maryam Amiri, Mohsen Kahrom, Ali Reza Teymourtash* Pages 21-30
    One of the disadvantages of drag driven vertical axis wind turbines, is low aerodynamic performance of the turbine which is mainly due to adverse torque of the returning blade. A recently introduced design suggests using opening/closing blades for the rotor to eliminate the negative torque of the returning blade. In this study, the aerodynamic performance of the newly proposed turbine has been investigated experimentally and numerically. The experimental measurements are performed in a subsonic open-jet type wind tunnel facility. However, the numerical simulations are performed using the Ansys-Fluent commercial software, using the Multiple Reference Frame model (MRF). The effects of the number of blades (3, 4 and 6-bladed), end plates and turbulence intensity on the torque and power coefficients are examined in details, in several Reynolds numbers. Results show that the new rotor has no negative torque in one complete revolution and the 3-bladed rotor has the best aerodynamic performance, in a manner that, it reaches a maximum power coefficient of 0.21 at TSR=0.5. Although increasing the number of blades decreases the output torque oscillations, it also decreases the average power coefficient of the rotor. Results also show that, Reynolds number does not have significant effects on the average power coefficients of the rotors, in the studied range of Reynolds numbers, 7.7×104 ≤ Re ≤ 1.2×105.
    Keywords: Vertical axis wind turbine, Aerodynamic Performance, Multiple Reference Frame, End plates
  • Saied Irani *, Mojtaba Farrokh, Meisam Pashna, Sina Heidari Somee Pages 31-40
    in recent years, Variety of analytical methods have been used to calculate the output piezoelectric energy, but it is new something the use of finite element method and compared using analysis software with numerical methods. And also check the types of circuit connection of piezoelectric layers So in this article particular form of numerical analysis method is called separation of variables method compared with the finite element method, To take advantage of these methods is to be determined. The model is a Bimorph beam with two piezoelectric layers and a central elastic layer. This Bimorph beam starts vibrating at various frequencies as a result of base excitation. First, frequency behavior of the Bimorph beam is simulated using the separation of variables method. In this method, the equations of motion in parallel and series connection of piezoelectric layers are obtained as separate parameters. The coupled mechanical and electrical equations are derived using the solution of equations obtained from the separation of variables method. Finally, the output voltage, current and power are obtained in terms of frequency.
    Then, the Bimorph beam is modeled based on finite element method using ABAQUS software. after the illustrating Output voltage, current and power diagrams is illustrated for a certain range of frequencies and the results of the finite element method and the steady state method are compared to validate the model.
    Keywords: Piezoelectric, finite element, energy harvesting, Bimorph beam
  • Ali Asghar Mohammadi Nasrabadi, Farshid Absalan, Seyed Ali Akbar Moosavian * Pages 41-51
    Wearable robots are robots which are used for rehabilitation or augmentation by human. Recently, there has been an increasing interest in the development of wearable devices to assist elderly as well as patients, soldiers and many other persons for movement assistance and power augmentation. On the other hand, a realization of wearable robot which has the same degree of freedom of a human is not easy from considerations about a size and weight of device. This study is about a lower limb assist robot that consist of just an actuator on each of legs. In this paper after a brief review on wearable robots and their applications, a suitable design of robot which is named RoboWalk presented with inspiring from Honda weight compensation system. In the following kinematics and dynamics modeling of system presents with using of denavit-hartenberg parameters and validates with ADAMS software results. Results with high accuracy has been achieved. It’s necessary to evaluate main foundation of design of robot which is an assistant force in the direction of foot reaction force that has been achieved with the accuracy of 0.02 radians. finally effect of change in user’s weight, position of center of mass and friction of walking assistant robot component is examined in this study.
    Keywords: Mechanical design, Wearable robots, Dynamics modeling, Weight compensation
  • Alireza Hadi *, Mohammad Ali Bagherian Jafarabadi Pages 52-62
    Individuals with high levels of disability like patients with cervical spinal cord injury, are highly dependant on their relatives for daily life needs. Hence, this problem decreases the quality of life of this individuals and their relatives. New technologies such as robotics have the potential to help these kind of patients and give them some degree of independence. The first step in design and implementation of robots which have the capability of helping disabled people is to design a user interface that can receive user’s commands and transfer these commands into the robot environment. In this paper, a haptic user interface has been designed and implemented to serve patients with cervical spinal cord injury. In this user interface, user’s head angles have been extracted using a gyroscope sensor and then transferred into the computer simulation environment in which the robotic arm is graphically simulated and the user can control the arm using his/her head movements through a novel control pattern. A haptic unit has also designed and implemented to produce resistive torques against head movements to help user to physically sense the weight of gripped objects and the collision of the robotic arm with obstacles. The performance of haptic user interface evaluated using three sets of tests subject to two healthy individuals. Finally, obstacle collision detection tests was 100 percent successfully while heavy and light object recognition tests were 83 percent and heavy, medium and light object recognition tests were 72 percent successful.
    Keywords: User Interface, Haptic, Cervical Spinal Cord Injury, Head Movements
  • Mohammad Babolhavaeji, Reza Eslami Farsani *, Hamed Khosravi Pages 63-68
    The occurrence of damage is considered as an unavoidable fact in fibrous polymers. For this reason, the self-healing systems could extend the service life time of materials by implementing the concept of autonomous or induced repair. In the present study, a self-healing E-glass fibers/epoxy composite based on micro-vascular channels has been designed and fabricated. The specimens were fabricated via the hand lay-up route, while the fabrication of micro-vascular channels was conducted through the removing of solid preforms. Due to the lack of previous studies about the utilization of anhydride resin-hardener system with lower viscosity and also their controllable miscibility in comparison to the amine systems, in the present work, these materials were selected as healing agent for repairing the primary defects created in the structure. For this purpose, mico vascular channels containing two various parts of epoxy resin and anhydride hardener (2, 3.2, and 3.7 Vol.% with respect to the matrix part) were incorporated in the structure of composites. The flexural behavior of the specimens was assessed during the different time span (0, 4, 8 and 11 days) from the primary damage creation. After the defect creation in the structure, the healing agents present in the micro vascular channels are flow into the defects and after the combining with catalysis dispersed in the matrix, local polymerization process and restoring of properties are started. According to the obtained results in this research, the highest flexural strength recovery of 46% was observed for the specimen with 3.2% healing agent after 8 days.
    Keywords: Fibrous composites, Self-healing, Micro-vascular channels, Flexural strength, Healing efficiency
  • Mehdi Safari *, Hossein Mostaan, Arash Bakhtiari Pages 69-76
    Butt weld friction stir welding of steel sheets with thicknesses of less than 1 mm has been known as one of the most important challenges in recent years. In this work, butt weld friction stir welding of IF (Interstitial free) steel with the thickness of 0.7 mm is studied experimentally. For this purpose the effects of rotational and travel speeds of the tool on the strength and hardness of welded joints is investigated. Mechanical strength of the joints is evaluated with uniaxial tensile test. Also, in this paper the microstructure evolutions of welded joints of IF steel sheets with the thickness of 0.7 mm are studied. The results show that with increasing in rotational speed and decreasing in travel speed of the tool, the tensile strength of welded joints will be increased. In addition, with increasing in rotational and travel speeds of the tool, the hardness of welded zone is increased. The results of microstructural investigations show that the microstructure of welded zone is improved with increasing in rotational and travel speeds of the tool. The results of EBSD analysis show that no significant changes have been occurred in the left side of stir zone in comparison to center of stir zone. Also, it is shown that the fraction of high angle grain boundaries in the center of stir zone has been increased than the left side of stir zone (from 25 % up to 48 %).
    Keywords: Friction stir welding, IF steel, Mechanical Properties, Microstructure evolutions, EBSD analysis
  • Fatemeh Khairandish, Mohsen Akramian *, Mohammad Ataei Pages 77-85
    Network Control Systems (NCS) arise in many real-world applications and they have been an active area over recent decades. Using NCSs instead of traditional controllers has led to significant decrease in costs, weight and power of installations, also increase in reliability of control systems. Despite these advantages, NCSs confront various challenges, such as time varying delays and data packet dropouts in control data transfer which leads to instability. In this paper, the stability analysis and stabilizing with state feedback are studied for NCSs which includes time varying delays in state equations. This goal is achieved by introducing a new functional and using the Lyapunov-Krasovskii approach. Then, an accurate estimation of derivative of functional is obtained by applying Wirtinger and Reciprocally convex combination inequalities. In the proposed method, a stability criterion is derived with less conservatism and complexity. Afterwards, the problem of controller design is examined in which the state feedback controller is designed based on stability criterion. Finally, the dynamic model of the satellite as an examples is used to demonstrate the advantages of proposed method which illustrates our proposed method has desirable influence in decreasing conservatism of results and leading to better performance.
    Keywords: Networked control systems, Time varying delay, Stability analysis, Wirtinger inequality, State feedback controller
  • Seyed Mohammad Hossein Goushegir, Shirko Faroughi * Pages 86-94
    In this work, axial vibration of nanorod was analyzed based on two phase integro-differential nonlocal elasticity theory using isogeometric method. Two phase integro-differential nonlocal elasticity theory not only shows the nonlocal property in an integrated manner based on kernel weight function, but also combines local and nonlocal linear curvature for a two phase nonlocal elastic material. The new isogeometric approach combines finite element method with computational geometry and can present an accurate geometric model for the problem. Also, using b-spline basis functions with arbitrary continuity order, it can be a better alternative for classical finite element methods. The obtained results indicated that isogeometric approach was superior to finite element method in term of speed and convergence quality. Moreover, in this model, the effects of phase and nonlocal parameters on the natural frequencies of the nanorod were investigated and it was shown that increase of parameters of local phase and nonlocal length scale, respectively, increased and decreased the values of natural frequencies of nanorods. Finally, for two special cases, asymptotic frequencies for a single type of nonlocal rod, two phase integro-differential was obtained and the results were compared with corresponding available differential Eringen results.
    Keywords: Two phase integro- differential nonlocal elasticity, Isogeometric, Nanorod, Axial vibration
  • Farzaneh Sabbaghian Bidgoli, Javad Poshtan * Pages 95-102
    Signal processing has a key role in signal based fault diagnosis in rotating machinery for finding beneficial discriminating features. Task of Signal processing is conversion of the raw data into beneficial features to facilitate the diagnostic operations. the features should be robust regarding noise and working condition of the machine and simultaneously sensitive to the machine defects. Therefore, assignment of more efficient analyzing techniques in order to achieve more beneficial features of the signal and faster and more accurate fault detection is taken into consideration by researchers. In order to finding such features, the current research applies at first wavelet packet denoising and then applies wavelet packet based Hilbert transform as well as improved Hilbert-Huang transform separately to decompose vibration signal into narrow frequency bands in order to extracting instantaneous frequencies. The findings show that the wavelet packet based Hilbert transform generates better results in comparison to the improved Hilbert-Huang transform in detecting frequencies of the broken rotor bar fault.
    Keywords: Broken rotor bar, wavelet packet based Hilbert transform, Hilbert-Huang Transform, Signal-based fault detection
  • Hamzeh Shahrajabian*, Masoud Farahnakian, Payam Saraeian Pages 103-110
    Ultrasonic Assisted Magnetic Abrasive Finishing (UAMAF) is the combination of magnetic abrasive finishing (MAF) and ultrasonic vibrations to finish the surfaces in nanometer scale. In this work, the experimental setup for UAMAF was prepared to finish inner surface of tube workpiec. By using experimental setup, the effect of experimental parameters such as ultrasonic vibrations, mesh number, the type of abrasives (SiC and diamond) and finishing time has been investigated on the changes in the surface roughness of AL6061 tube workpiece. The experimental results showed that the use of ultrasonic vibrations has a significant effect on reducing the surface roughness. The changes in surface roughness increases with the mesh number from 90 to 800 and finishing time from 30s to 5 min. Among two types of abrasives, diamond showed the best performance in finishing. Optical microscopy images showed that the dominant finishing mechanism in MAF for coarse grains (with mesh size of 90 and 120) is two body and for fine grains (with mesh size of 220, 400 and 800) is three body. In UAMAF for both of the coarse and fine grains the dominant finishing mechanism is three body.
    Keywords: Magnetic abrasive finishing, Ultrasonic vibrations, Mesh number, Optical microscopy
  • Ali Khoshnejad, Mohammad Hossein Ababaf Behbahani, Reza Taghavi Zenous * Pages 111-118
    Investigation of spike stall formation and its propagation in a low-speed axial-flow compressor is the main aim of this study. Experimental measurements are performed in a low speed axial compressor test rig. Measurement parameters include instantaneous velocity and static pressure at the stall inception process. For this purpose several hot wire probes and a high response pressure transducer is used in data acquisition procedure. Instantaneous fluctuations of velocity at upstream of the blade row show that spike stall inception is accompanied by flow separation from the leading edge of the rotor blade and formation of a vortex subsequently. This vortical structure extends over the blade span. Stall cell propagates with a circumferential speed lower than rotor wheel speed which is equal to 66% of rotational speed in this compressor. Furthermore, wavelet frequency analysis is employed for detail investigation of spike disturbances and capability of this method in distinguishing the spike stall is presented. Wavelet analysis, by representing the temporal variation of frequency spectrum, shows dominant phenomena in the transient process from stable operation to the stall inception condition.
    Keywords: Axial compressor, Rotating Stall, Wavelet transform, Hot wire Anemometry
  • Ebrahim Bahramizadeh, Salman Nourouzi *, Hamed Jamshidi Aval Pages 119-128
    In the present study, microstructure and wear resistance of in-situ composite coatings TiC-Al2O3 and TiB2-TiC-Al2O3 product by gas tungsten arc welding process on AISI 304 austenite stainless steel were investigated. For this, a paste of the mixed powders of 3TiO2-4Al-3C and 3TiO2-4Al-B4C was provided and applied on the surface of AISI 304 austenite stainless steel substrate, then fused using gas tungsten arc welding process. The microstructural features and phase characterization of the cladded samples were investigated using optical and electron microscopy and X-ray diffraction analysis. The mechanical properties of clad layers were studied by Vickers microhardness and pin-on-disk wear tests. The microstructural investigations of cladded layers indicated that high heat input during welding led to high temperature synthesis and formation of significant reinforcing particles on the surface of steel. Also, the cubic TiC particles formed separately or inhomogeneously nucleated on Al2O3 particles in the austenitic matrix of 304 stainless steel. Likewise, the formation of TiB2 particles was approved with X-ray diffraction analysis. The rei
    Keywords: AISI 304 austenite stainless steel, Gas tungsten arc welding, Clad
  • Mahmoud Ghiasi *, Mehdi Nazari Berenjkoob Pages 129-137
    In single-body converters of ocean wave energy, oscillations of a floating body (buoy) serve as the main driving force for electricity generation. Buoy geometry optimization is known as an approach to enhance the efficiency of these converters. In the present research, the process of wave energy absorption in point absorber converter is modeled as a spring-damper system. Two geometries are considered for the buoy of the converter (conical and spherical-cap). The effects of buoy geometry on its dynamics in the nonlinear wave are investigated and comparison of these effects on dynamic performances of the modeled converter are reported. Equalization of environmental conditions and modeling of the two models were discussed, and a new equalization method was proposed. Effective wave energy on each model was calculated based on geometrical characteristics of the corresponding buoy. Then, the models were hydrodynamically analyzed via boundary element method by taking the diffraction theory as the governing theory. The incident wave was assumed to be a second-order Stokes wave.
    Results were obtained in both time and frequency domains and validated against the results of available research. Maximum dynamic responses of the restrained buoy with spherical-cap geometry in heave and surge (vertical and horizontal directions, respectively) were found about 4.4% and 11.3% higher than the conical buoy, respectively. The average percentage of absorbed wave energy by the modeled converter with spherical-cap buoy was about 2.2-2.5% higher than that of the other model. The average percentage of absorbed energy by the models were predicted to range within 20-24%.
    Keywords: Uppsala converter, Restrained buoy, Diffraction theory, Stokes wave energy
  • Mostafa Varmazyar *, Majid Bazargan Pages 138-146
    Piston effect is an important mechanism of heat transfer in a supercritical fluid flow under microgravity condition. In this study, a Lattice Boltzmann Model (LBM) has been introduced to simulate the piston effect. Variations of diffusion coefficient has been accounted for by adding a corresponding term to equilibrium distribution function. To calculate the intermolecular forces and compressibility in the LBM, a van der Waals equation of estate has been employed. Boundary conditions corresponding to compressible LBM at the presence of van der Waals forces have been set to eliminate the speed jump at the wall. It has been shown that such boundary conditions provide high accuracy in problems involving forces with an error of second order of magnitude in terms of space. The developed thermal LBM together with compressible LBM have been applied to simulate the heat transfer to supercritical fluid flows. The piston effect has been modeled by considering van der Waals inter molecular forces. The errors associated with each of the schemes used have been evaluated. A comparison between a pure conduction case and heat transfer due to piston effect has been made. It has been shown that the heat transfer occurs faster once the piston effect is in effect.
    Keywords: Lattice Boltzmann Method, Variable Thermal Diffusivity, Lattice Boltzmann Compressible Model, Force Simulation Scheme, Piston Effect Phenomena
  • Mohsen Mohamadrezaei, Ali Akbar Dehghan *, Alireza Movahedi Pages 147-158
    In current study turbulent flow around a 3D square cylinder is modeled using large eddy simulation and shear stress k-ω turbulence modeling for three values of Reynolds numbers 5000, 46000 and 69000. The flow and sound field simulations are conducted by using fluent commercial software. Sound pressure level in the acoustical far field and on the surface of the square cylinder at incidence are evaluated for six angles of attack. Flow induced sound at far field is predicted by employing FWH analogy while sound pressure level over the surface model is directly estimated by measuring the unsteady surface pressures. The results of the present study showed good agreement with the available experimental results. The fluctuating lift and drag forces acting on the square rod and flow turbulence are the main sources of the acoustic field generation. It is noticed that the minimum of drag coefficient, mean and root mean squared (rms) value of lift coefficient, and sound pressure level in acoustical far field occurred at 13 angle of attack. The maximum Strouhal number occurred at 13o angle of attack. The Strouhal number for all angles of attack is noticed to be independent of the flow Reynolds number. Both turbulence models considered in this study predict the acoustic and flow features within an acceptable accuracy.
    Keywords: Square cylinder, turbulence, sound pressure level, ?-? SST
  • Seyed Hasan Arabi, Majid Pouranvari *, Mojtaba Movahedi Pages 159-165
    This paper aims at investigating the effect of heat input in resistance spot welding on microstructure and mechanical behavior of 2304 duplex stainless steel, as a promising candidate for automotive application. The results showed that due to rapid cooling rate inherent to resistance spot welding, the ferrite-austenite phase balance is destroyed and nitride-type precipitates are formed within the ferrite grains. The amount of austenite in the weld nugget was a function of welding current, as the most important factor affecting welding heat input. Increasing welding current increased the austenite volume fraction from 4 to 18%. Moreover, the nitride precipitation was reduced upon using higher welding currents. Investigation of weld mechanical performance during the tensile-shear loading showed that increasing welding current enhances both load bearing capacity and energy absorption capability. The maximum achievable peak load and energy absorption of 2304 duplex stainless steel resistance spot welds were 25 kN and 40 J indicating a superior weldability.
    Keywords: Resistance spot welding, Duplex stainless steel, Phase balance, Mechanical behavior
  • Davood Rahmatabadi, Bijan Mohammadi, Ramin Hashemi *, Taghi Shojaee Pages 166-174
    In recent years, metallic multilayer material have been attention of many researchers and different industries. Cold roll bonding is one of the method for produce layered composite that compared to other composite manufacturing methods are more economically and have the ability to produce layered composite with different material. In this research, for the first time and according to ASTM-E561 and using compact tension specimens investigated plane stress fracture toughness for thin three-layer Al/Cu/Al composite sheets produced by Cold Roll Bonding Process. The fracture toughness is an important parameter in the design that their analysis can predict crack growth and life for material has crack. In addition to the fracture toughness, mechanical properties and tensile fracture surfaces were evaluated by using of uni-axial tensile test, micro hardness and scanning electron and optic microscopy, respectively. Results of carried out tests, showed the value of tensile strength, microhardness and fracture toughness for Al/Cu/Al layered composite compared to initial Al 5052 and pure Cu, increased that the main cause of this increase is applied high strain and cold working. Value of fracture toughness for Al/Cu/Al layered composite received 38.7MPa.m1/2 that compared to initial Al5052 and pure Cu, 81% and 165% enhanced, respectively. Results of SEM demonstrated that ductile fracture mechanism govern for Al/Cu/Al composite such as initial samples, but the difference is that dimples for composite layers shallower and smaller compared to initial samples.
    Keywords: Fracture toughness, CARB, layer composite, Mechanical Properties, SEM
  • Hamed Heydari, Mojtaba Zolfaghari *, Navid Asadipoor Pages 175-184
    One of the most important machining processes in the field of orthopedic surgeries and biomedical engineering is the drilling process. Applying excessive forces on the bone tissue, it can be caused cracking and damage bone tissue during the drilling process. In this paper, it is produced an improved analytical model based on early work done by Bono and Ni, Chandrasekharan, and Lee to predict the thrust force in the bone drilling process. In this model, the cutting action at the drill point is divided into three regions: the primary cutting lips, outer portion of the chisel edge (the secondary cutting edges), and inner portion of the chisel edge (the indentation zone). All three regions have been investigated for the cutting process by the analytical model. In order validating the model, some experiments performed on the fresh bovine bone. Feed rate and rotational speed are adapted as the effective parameter in the drilling process, The statistical model to obtain the mathematical model and provide interaction diagrams of input variables experiments, to response surface methodology and experimental investigation of bone drilling have been offered. Comparing the analytical model and experimental results show good agreement. From both analytical model and experiments, it is can conclude that with decreasing feed rate and increasing rotational speed, thrust force on the bone tissue decreases.
    Keywords: Machining, Drilling, Bone, Analytical Model, Force
  • Kobra Ghatreh, Alireza Fotuhi *, Alireza Shafiei Pages 185-192
    In this study, based on the third-order shear deformation theory the equations of motion are obtained to analyses the deformation of a long and slender composite beam. The beam has initial geometric imperfection and subjected to impact load. The impact procedures are applied by rigid body with a specific speed, off-center and at a certain distance from the beam's surface. Hamilton’s principle and the von-Karman nonlinear strain-displacement relationship are used to obtain the equations of motion that they are based on displacement and in a set of coupled nonlinear partial differential equations in dynamic mode. The generalized differential quadrature Method (GDQM) is used to discretize the obtained equations and convert them into a set of ordinary differential equations. Newton-Raphson iterative scheme is employed to solve the resulting system of nonlinear algebraic equations. Then, by solving the equations of the system, the effects of initial geometric imperfection on the beam’s deflection have been studied. Also the effects of mass and the initial velocity of the impactor on the beam’s deformation are investigated. The results of this research show that an increase in the amount of the initial velocity and mass of the impactor entail an increase in the beam deformation.
    Keywords: Composite, Beam, Impact, Third Order Shear Deformation Theory, Generalized Differential Quadrature Method
  • Mahdi Fakoor *, Mohadese Ghorbani, Majid Bakhtiari Pages 193-200
    Coverage of ground stations by satellites is a very important factor to access geographic, geotechnical and strategic information. This is generally achieved by one or more satellite with specified position and navigation. In this regard, in the area of low altitude orbits regional or global coverage of the Earth's surface is achieved utilizing various mathematical methods to change the position and arrangement of satellites. In this study, the arrangement of certain number of satellites is performed to reach maximum coverage. It is assumed that the satellite constellation is in the symmetrical Walker pattern. In this regard, taking into account the situation of user and determining the initial position of satellite in system, Geometric Dilution of Precision (GDOP) parameters are calculated utilizing a new model. The innovation in this new presented model is employing GDOP in an inverse manner. GDOP is a geometric standard that the less related values for it represents more accuracy in determining the amount of coverage. In this study the effects of compression of the earth as well as chamfer are considered. The calculations are presented for specific geographic areas and only for one day. The results show that by taking advantage of new computing model, the coverage area will dramatically increase. By organized employing of all the satellites in the constellation, with the best received Information from satellites, better coverage can be achieved.
    Keywords: Regional coverage, Satellite Constellation, LEO orbit, Configuration, GDOP
  • Reza Bozorgpoor, Maziar Shafaee *, Hossein Mahmoodi Darian Pages 201-210
    In the present paper, a hybrid filter is introduced to simultaneously preserve the stability and accuracy and also to eliminate unwanted oscillations in the numerical simulation of shock-containing flows. The fourth-order compact finite difference scheme is used for the spatial discretization and the third-order Runge-Kutta scheme is used for the time integration. After each time-step, the hybrid filter is applied on the results. The filter is composed of a linear sixth-order filter and the dissipative part of the fifth-order weighted essentially non-oscillatory scheme. Using a shock-detecting sensor, the hybrid filter reduces to the linear sixth-order filter in smooth regions and to the fifth-order weighted essentially non-oscillatory filter in shock regions in order to eliminate unwanted oscillations produced by the non-dissipative spatial discretization method. The filter performance and accuracy of the results are examined through several test cases including the linear wave equation and one- and two-dimensional Euler equations of gas dynamics. The results are compared by that of a hybrid filter which is composed of the linear sixth-order and the second-order linear filter and that of the fifth-order weighted essentially non-oscillatory scheme.
    Keywords: Hybrid filter, Shock sensor, Shock-capturing schemes, Compact finite-difference schemes, Weighted essentially non-oscillatory schemes
  • Mehdi Hosseinipour, Majid Malek Jafarian *, Ali Safavinejad Pages 211-220
    Gravitational search algorithm (for the first time) has been used for two-objective optimization of airfoil shape, in this article. 2D compressible Navier-Stokes equations with Spalart-Allmaras model has been used to simulate viscous and turbulent flow. First, efficiency and accuracy of the optimizer sets have been evaluated using inverse optimization. Objective functions were differences between drag and lift with their corresponding values of the NACA0012 objective airfoil, as a set of airfoils randomly were chosen as starter airfoils, in this case and the aim was to obtain the airfoils that satisfy the considered objective functions. In direct optimization, gravitational search algorithm that has been used in the present work, has achieved proper parameters (related to the Parsec method) and consequently has found optimized airfoils with maximum lift and minimum drag objective functions. This algorithm starts to slove using a set of airfoils and it is directed towards the airfoils that provide the mentioned objective functions. Comparison of the results (Pareto fronts) shows better and more proper performance of the gravitational search algorithm rather than particle swarm optimization algorithm and former researches (done using other meta-heuristic algorithms) for aerodynamic optimizations.
    Keywords: Two-objective optimization, Gravitational search algorithm, Paticle swarm optimization, Parsec method, 2D compressive Navier-Stokes equations
  • Mohammadjavad Mahmoodi *, Araz Mohammad Fakhri Inchehborun Pages 221-231
    In this study, error back-propagation neural network is used for fault detection of composite plate with delamination damage. At the first step of the fault detection process, a free vibration analysis of laminated composite plates is performed based on numerical finite element method and the natural frequencies of individual modes is obtained for different delamination models (size, geometry and location of the delamination region). Then natural frequencies extracted from the model are considered as the input parameter and the size, geometry and location of the delamination region are also considered as the output parameters of the neural network. 8-layers composite plate is modeled based on the three-dimensional elasticity theory and considering hexagonal brick elements. So, transverse shear deformations effect is taken into account in the modeling of composite plate. ABAQUS software capabilities are used for modeling because of the complexity of process governing on the composite plate with delamination. The numerical results obtained by the finite element method are compared and validated with available numerical and experimental data. Two training methods including Levenberg - Marquardt and Error propagation flexible algorithm are used to train the neural network and compare responses. Predicted results by Levenberg – Marquardt training method are in very good agreement with the values obtained by the finite element method. After training the neural network, the model generalization is used for predicting and detecting of the damage in composite plate.
    Keywords: Laminated composite plate, Delamination, Fault detection based on modal analysis, Error back-propagation neural network
  • Ahmad Ghasemi-Ghalebahman*, Saeid Babaei, Hasan Mansoori Pages 232-242
    The present study proposes a novel numerical method for fatigue life prediction under non-proportional loading. This method is employed for fatigue life estimation of different materials including 1045 Steel, 30CrNiMo8HH, Titanium TC4, extracted AZ31B Magnesium and Aluminum alloy 6061 under both proportional and non-proportional loadings. Basis of the method is developed in the framework of two numerical modifications. The first modification modifies fatigue damage parameters by correlating damages quantities of non-proportional loading to the proportional one. The second modification uses the same equation as the first one, but the corresponding damage coefficient is replaced by the additional hardening coefficient. In addition, these modifications are applied to fatigue damage parameters including maximum shear strain, SWT, Fatemi-Socie, and Babaei-Ghasemi model and also verified against experimental observations available in literature. Furthermore, the obtained results are discussed in details and also are compared to the non-modified findings. Moreover, the variation of the fatigue life prediction error is calculated for the aforementioned models. Finally, the results show considering and implementation of these modifications significantly improves the accuracy of the predicted fatigue lives for all the studied cases.
    Keywords: Fatigue, Fatigue Models, Numerical Methods, Damage Mechanics
  • Hassan Hassanzadeh *, Mahmood Rasti Pages 243-252
    Catalyst layer is one of the important components of PEM fuel cell that its modeling and optimization can have a significant effect on the performance and the price of fuel cell. Despite successes were obtained to improve the fuel cell performance but still the slow reaction of oxygen in the cathode catalyst layer and mass transfer limitations are the main factors that reduce the efficiency and the performance of PEM fuel cell. The aim of this paper is modeling the cathode catalyst layer with homogeneous and agglomerate models and comparison with together. The governing equations are including oxygen diffusion equation, electrochemical reaction rate equation, transport equations of protons and electrons and auxiliary equations that solved by Matlab software and validated with experimental and numerical data available in the literature. The results show that at constant porosity, with increasing the agglomerate radius and thickness of ionomer film around agglomerate, the activation loss is increased and the concentration is reduced therefore the fuel cell performance is reduced. By more decreasing the radius of agglomerate, the fuel cell performance curve base on the agglomerate model approach to the performance curve base on the homogenous model.
    Keywords: agglomerate model, cathode catalyst layer, PEM fuel cell, comparison with homogeneous model
  • Mohammad Sadegh Amjadi, Ehsan Foroozmehr *, Mohsan Badrossamay Pages 253-259
    Laser cutting is one of the modern methods for cutting. In this method heat affected zone width and microstructure changes as a result and also sheet deformation are very low in comparison to other thermal methods and a fine cut is the result. The control of heat-affected zone (HAZ) during laser cutting of titanium sheets due to low thermal conductivity and high tendency to chemical reaction is of great importance. In this paper, the effect of some of the most important laser cutting parameters, including the type of assistant inert gas, stand-off distance, cutting speed and power on HAZ width was assessed in CW CO2 laser cutting of Ti-CP sheets, using Taguchi L16 orthogonal array. Metallography of the cut samples, effects of cutting parameters and optimal conditions of cutting were investigated. Taking into consideration the test results, it is suggested to select the highest possible cutting speed for thin Ti-CP sheets and provide the required severance energy by controlling the laser power. The use of helium instead of argon also showed a significant impact on the reduction of HAZ width. Finally, microstructure and hardness changes are presented.
  • Ali Reza Basohbat Novinzadeh *, Mojtaba Asadi Matak Pages 260-266
    Guidance of an underwater vehicle in the wake of target due to the complexity of guidance in water and also sensor limitations, is still the most important homing guidance method. Disadvantages of wake guidance can be mentioned as zigzag motion for rediscovering the wake in its path which according to the decreasing linear speed of approaching the target, sometime it doesnt reach the target and collision fails. Therefore various ideas, with both positive and negative aspects, have been introduced to improve movement in the wake path. According to complexity of the wake model and also its instability in order to extract its parameters, makes it a very nonlinear phenomenon and guidance in it is a problematic in underwater vehicle. Since the wake detection area by the sensor is not enough widespread, wake is just discovered in the near of itself. Hence the real wake path is not detectable and therefore advanced guidance method is not available. For this reason, it is suggested to use a method of unknown path tracking for the wake guidance. This guidance law consists of two parts of path estimation and nonlinear guidance. The estimation method is performed using particle filter that has the ability to estimate nonlinear paths. The stability proof of nonlinear guidance method is done by Lyapunov.
    Keywords: Guidance, Underwater vehicle, Wake, Particle filter, Lyapunov
  • Saeed Amirabdolahian, Hamid Jannesari * Pages 267-275
    Thermal energy storing technologies are a new approach in reducing energy costs, managing demand side, pick shaving and increasing portion of renewable energies in energy production. In spite of lots of advantages of thermal energy storage techniques, there are still major challenges in the path of Latent heat thermal storages (LHTS). One of the challenges is the low charge and discharge rate of heat transfer in LHTS. In the current study charging rate of a shell and tube LHTS is numerically studied by enthalpy-porosity numerical technique. Exact positioning of the heat transfer tubes and thermal fins has great impact on the natural convection flows. In this study effect of increasing heat transfer tubes (HTF), lower positioning of tubes in four tubes configuration, changing upper tubes distance and using interconnected axial fins has been studied and compared to each other. Moreover, velocity and temperature contours have been analyzed. Results demonstrated that increasing number of tubes could not solve the slowing rate of charging at the end of process and tubes need to be positioned lower in the tube. In addition, it was observed that heat transfer axial fins can decelerate convection flows and develop stationary areas inside the shell. Prediction results revealed by lowering tubes and closing them to the shell wall, introduced in this article, it is possible to decrease charging time of 0.95 of storage capacity to one fourth of similar time in a one tube LHTS.
  • Maziar Khademi, Mohammad Bakhshi Jooybari *, Abdolhamid Gorji Valokola, Milad Sadegh Yazdi Pages 276-286
    Prediction and prevention of wrinkling are very important in tool design and determining the effective parameters in sheet metal forming processes. In forming metallic cups, wrinkling generally occurs in the two regions of flange and wall. The control of wrinkling in flange area is not so difficult by controlling the blankholder pressure, but it is difficult in the wall region because the sheet is not supported in this area. In this paper, using a geometric method based on numerical simulation, the wrinkling in the wall of the symmetric conical parts in the developed hydrodynamic deep drawing with radial pressure and inward flowing liquid is investigated. In the process, two independent pressure supplies have been used for forming the sheets. Due to the nature of the process, the effects of radial and cavity pressures on wrinkling have been investigated. In addition, the effects of material, initial blank thickness and punch velocity on wrinkling in wall area were investigated. To verify the results of the simulation, several experimental tests have been done on the St13 and copper sheets. Good agreement between the simulation and experimental results shows the reliability of this method in the wrinkling study. It was also demonstrated that increasing the maximum radial pressure or decreasing cavity pressure leads to increasing wrinkling. Additionally, wrinkling was decreased with increasing blank thickness. Moreover, it was shown that wrinkling simulation is much depended on input parameters such as punch velocity and appropriate element size
    Keywords: Wrinkling, Hydroforming, Conical part, Radial pressure
  • Marzeh Kamali *, Mehdi Farhadi, Javad Askari Pages 287-294
    Quadrotors are types of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) which have unique features compared to conventional aircrafts because of its vertical take-off and landing capability, flying in small areas and its high maneuverability. Also the relatively simple, economical and easy flight system of quadrotors, makes it to widely used as a good platform for development, implementation and testing a variety of control methods. One of the robust control methods is sliding mode control. In spite of the high capabilities of this approach, it has a main problem which is high frequency switching of the control signal witch is known the chattering phenomenon. In the past several decades, fractional order differential equations have been implemented in engineering application field, including controllers design and provided the possibility of using controllers for improving the performance of system. In this paper, a fractional order sliding surface has been employed for designing sliding mode control rule for quadrotors. The main objective of this study is to improve the performance and reduce the chattering phenomenon in sliding mode method. In this regard, by introducing sliding 〖PD〗^α surface, the control rule is designed in two different modes of 0
    Keywords: Sliding mode control, Fractional order equations, Chattering, Quadrotor
  • Mohammad Reza Pilehchian, Mohammad Hossein Abolbashari * Pages 295-304
    In this paper, the effect of new control tools on the behavior of the parachute and its performance is studied by applying a compulsive stimulus in flow field. Modeling simulation and analysis performed with Ansys Fluent. A general geometry is proposed and simulations are carried out to indicate the effect of those stimuli on the flow behavior, parachute performance and high pressure areas on parachute. For the simplicity, the assumptions of axisymmetric and rigid wall of the parachute are used. Due to the large range of motion of fins compared to adjacent cells and also the importance of quality of mesh in the vicinity of the solid boundary, spring-based smoothing method for local and area remeshing are employed. In this way, the mesh quality for presenting the boundary layer and vortex generated in the solid surface are enhanced. The results depicted that using spherical arch geometries versus circular sector or parabolic geometries lead to some advantages. Permittivity of disk at the end of the parachute, has been triggered to increase the general drag coefficient dramatically up to around two times larger. Despite the existence of stimulation on a large area, flow field experience a total pressure drop. On the other hand if the stimulus does not exist the area is much smaller.
    Keywords: Simulation, Parachute, Flapping fin, Flow control
  • Abdolreza Rahimi *, Farshad Rabiei, Mohamadjafar Hadad Pages 305-315
    Minimum quantity lubrication (=MQL) technique has many technological and economic advantages in grinding operation. It not only improves general grinding performance such as surface integrity, grinding forces and wheel wear but also, it is eco-friendly technique because of its small consumption of cutting fluid. Despite these advantages, MQL technique has a serious thermal problem in grinding operations due to small amount of cooling. To overcome this problem combination of hybrid nanofluid and ultrasonic vibration has been suggested. Nanofluid can increase heat transfer from workpiece/wheel interface due to its high thermal conductivity. Also ultrasonic machining can decrease heat generation due to its reciprocating mechanism and reduction of time and length of contact between grain and workpiece. In this research hybrid Multi Walled Carbon Nano Tubes (=MWCNT) (with high thermal conductivity) and Al2O3 (with good lubrication effect) nanofluid has been utilized. The results have been shown that combination of MQL and UAG leads to decreasing of maximum grinding temperature up to 60.2% in comparison to dry grinding (from 254ºC to 101ºC). Moreover, friction coefficient and tangential grinding force have been reduced up to 35.9 and 69.2 percent respectively. Furthermore, any burning has not been observed with combinations of these techniques while severe burning has been observed in dry grinding. Surface morphology analysis has been shown decrease of plastic deformation and side flow. And finally the generated chips have been shown similarity of cutting mechanism in in the utilized techniques and conventional cutting fluids.
    Keywords: Minimum quantity lubrication, ultrasonic assisted grinding, hybrid nanofluid, grinding temperature, surface quality
  • Seyed Mostafa Hosseinalipour *, Parisa Afkari, Hamidreza Shahbazian Pages 316-326
    Gas turbine power and thermal efficiency increase with inlet temperature. Considering the temperature limitations for the alloys used in gas turbine components, employment of techniques for reduction of these components temperatures seems to be an essential subject. Based on the research conducted on this subject, among all the proposed methods, rib cooling yields higher heat transfer coefficient and among various types of ribs, V-shaped ribs have higher heat transfer compared to angled rib. The purpose of this feasibility study is to investigate the two proposed ribs for use in gas turbine from heat transfer and fluid flow view and compare their thermal performance. In this work, 3-D numerical simulation has been performed for V-shaped ribs with an angle of 〖60〗^° for the two cases of staggered and inline ribs in two opposite walls in a rectangular channel. Experimental results have been used for validation. The results indicate an enhancement of ~22% in heat transfer if V-shaped ribs with an angle 〖60〗^° and downstream orientation are located in staggering form in two opposite walls of a channel. In this case, an increase of 10% is observed for pressure drop, however, its thermal performance increases 12% which is positive and considerable.
    Keywords: Gas Turbine, thermal efficiency, blade cooling, numerical simulation
  • Mohammad Amin Shahrokhian Dehkordi, Majid Karimian * Pages 327-334
    Lost foam casting is a new method for casting complex parts. This method, in addition to its technical and economic advantages over the traditional methods, has environmental benefits and therefore has been of special interest. In this study, the effects of foam density, pouring temperature, and coating viscosity were studied, which are the most important factors affecting porosity and hardness in the lost foam casting method. The Taguchi method, signal to noise ratio and analysis of variance were used to design experiments and determine the optimal levels of each variable. All the considered variables were evaluated in three levels using L9 orthogonal array Taguchi analysis. Results showed that foam density of 20 kg/m3, pouring temperature of 740° C and coating viscosity of 20 sec were the optimal values for the variables due to creating appropriate condition between thermal decomposition and foam evaporation with speed of melting advancement and exhaust gas through the pores in the coating and creating lowest porosity (2.6%) and highest hardness value (27.7 HRA). Foam density and pouring temperature were the most influential parameters on the porosity and hardness with the impact factors of 64.58% and 56.35%, respectively.
    Keywords: Lost Foam Casting, Taguchi method, Analysis of Variance, Hardness, Porosity
  • Morteza Mehrgoo, Matin Karbasioun, Majid Amidpour * Pages 335-345
    Optimum design and performance improvement of the Heat Recovery Steam Generator (HRSG) have noticeable effects on the thermal efficiency of the combined cycle power plants. Therefore, HRSG must be designed in such way that maximizes the heat recovery and improves the overall performance of the plant.
    In this paper, a method for design and optimization of a triple pressure HRSG is proposed. It is shown how to simultaneously optimize the operating and geometric design parameters of the HRSG by using the constructal theory. Considering the minimum total entropy generation as the objective function, the optimum parameters in the HRSG unit are derived by using the genetic algorithm method under the fixed total volume condition. Optimized total volume is derived by converting the exergy destruction to cost of entropy generation in order to compare with the capital cost and the results show that there is a trade-off between them. Also, aspect ratios of the units, the heat transfer area for each component of the HRSG and thermodynamic properties are significant features of the flow configuration inducted by the Constructal design. Furthermore, the effects of changing in the temperature and flow rate of hot gas on the optimal values of the total volume, power and steam production are determined.
    Keywords: Heat recovery steam generator, Constructal Theory, Entropy generation, Optimization, Genetic algorithm method
  • Iman Azarbayejani, Nima Jamshidi *, Ehsan Hajisadeghian Pages 346-352
    One of the very important issues in designing hand prosthesis is to consider their cover or cortex. The purpose of this research is to design a cover to have a similar behavior, as much as possible, to the human natural skin, in power transmission and deformation pattern. A layer made of Lorica®, which has similar properties to natural skin, has been added to the conventional cover which composed of three layers. Using finite element analysis Software, ANSYS V.15, the new four-layered cover has been investigated on three dimensional model of the hand prosthetics with different thickness for the outer layer, and the pattern of deformation and internal stresses in the prosthesis are measured. Optimal thickness of the outermost layer is evaluated due to stress and strain distribution and their transformation to prosthesis metallic core. The relationship between the thickness of this layer and the distribution of stress and deformation of the cover is not linear and direct and the thickness of 1.5mm shows better results among the measured values in this section. In this study, the fourth layer was added to improve the frictional and elastic properties of formerly used prosthetic covers, and its effects on stress and strain distribution in the prosthesis was investigated. It is determined that due to lack of linear correlation between the thickness and stress distribution, the optimal thickness of each layer must be selected based on design limitation like the ability of embedding tactile sensors in future for the minimum thickness.
    Keywords: Prosthesis, prosthetic hand, skin layers, optimum thickness, Finite element analysis
  • Samieh Najjaran, Zahra Rahmani *, Mojtaba Hassanzadeh Pages 353-362
    Nowadays, Hybrid Electric Vehicles (HEVs) are introduced in order to reduce fuel consumption and emissions. The issue that is very important in HEVs, is how to split power between main components of powertrain. Best energy management can be obtained when all future conditions are available. With the advancement of the intelligent systems, access to the road conditions, traffic and other online information has been provided up to the limited prediction horizon. In this paper, a combination of predictive control and Dynamic Programming methods have been used for obtaining online sub-optimal trajectory. Change in the state of traffic in the path has great effect on reduction of fuel consumption. Therefore, According to the state of traffic, a fuzzy logic system is proposed for the online estimating of the vehicle speed. Unlike many energy management methods that use historical data, the proposed strategy leads to reducing the dependence of the controller on the drive cycle. The simulation is implemented on a Plug-in Hybrid Electric Vehicle with parallel structure. The proposed method is compared with Dynamic Programming and instantaneous optimization. Evaluation of results shows that the proposed method, while simplicity and avoiding complicated mathematical relationships, in addition to fuel consumption reduction compared with instantaneous optimization, can manage SOC, properly. The results of this method are close to the global optimal solution of Dynamic Programming.
    Keywords: Energy management, Plug-in Hybrid Electric vehicle, Fuel consumption reduction, Predictive control, Fuzzy control
  • Majid Rajabi Vandechali, Mohammad Hossein Abbaspour-Fard *, Abbas Rohani Pages 363-373
    Nowadays, the world is facing to increasing loss of fossil resources, energy crisis and environmental problems. On the other hand, diesel engines due to wide application in various sectors such as transport, agriculture, industry, etc., are the main sources of emissions and fuel consumption. Accurate measurement of fuel consumption and engine pollution is time-consuming and costly. Hence, the main objective of this study was to develop proper linear regression models of some important performance parameters of ITM285 tractor engine based on engine torque and engine speed. Experiments were carried out in 11 levels of primary engine speed (1063, 1204, 1346, 1488, 1629, 1771, 1818, 1913 and 2054 rpm) by 10 N.m steps of torque from zero (no load) to full load. The measured parameters include fuel consumption mass flow, exhaust temperature, instantaneous engine speed, maximum and mean exhaust opacities. Four different linear regression models were used to estimate the parameters. The results of regression models performance evaluation showed that quadratic model had the highest efficiency and the lowest RMSE for all parameters. The maximum and minimum effects of engine torque were on exhaust temperature and instantaneous engine speed, respectively; while, this result was completely reverse for primary engine speed. The results of regression models evaluation showed a high adaptation between the output of each model and the desired output. Also, the fuel mass flow and exhaust temperature were highly correlated to the maximum and mean exhaust opacity with correlation coefficients of 0.96 and 0.99, respectively.
    Keywords: Multiple linear regression, Exhaust opacity, Torque, fuel consumption, Diesel engine
  • Amir Raheli, Saber Azizi *, Shirko Faroughi Pages 374-384
    In this research dynamic instability and nonlinear vibration of a clamped-clamped micro-beam sandwiched with piezoelectric layers based on parametric excitation in sub-harmonic region is investigated. The equation of motion is derived based on Hamiltonian principle, and non-dimensionalized using appropriate non-dimensional parameters. Applying a harmonic AC voltage to the piezoelectric layers results in the time varying of the linear stiffness of the micro-beam. The resultant motion equation in non-dimensional form is discretized to single degree of freedom model using Galerkin technique. The governing equation is a nonlinear Mathieu type ODE, and the periodic attractors are captured based on the shooting technique. The nonlinearity of governing equation is due to the geometric nonlinearity which originates from the clamped-clamped boundary conditions. The effect of various parameters including, magnitude of the nonlinear stiffness, damping coefficient, the frequency and the amplitude of the harmonic excitation on the parametric resonance region is investigated. The results depict that increased damping coefficient leads to the decreased aria of the parametric resonance region. It is concluded that the magnitude of the nonlinear stiffness, does not affect on the area of the resonance region, however it considerably influences on the amplitude of the parametric resonance.
    Keywords: Micro Electro Mechanical Systems, Nonlinear damped Mathieu equations, shooting method, Clamped-clamped microbeam, Subharmonic resonance
  • Sayed Bagher Fazeli Asl, Seyyed Sajjad Moosapour* Pages 385-393
    In this paper, a fractional order backstepping type of fast terminal sliding mode controller is proposed for controlling a micro-electro-mechanical triaxial gyroscope with parameter uncertainty and internal and external disturbances. To compensate uncertainties and also incoming disturbances to the system used combination of sliding mode and backstepping robust nonlinear controllers. In the proposed approach, the sliding surface is selected in the form of fractional order. To increase the speed of convergence the system states to equilibrium points or the error to zero, the fast terminal sliding mode controller is used. The globally stability of the closed loop system will prove by Lyapunov stability theorem. Also in addition to the above proposal controller, a fractional order backstepping sliding mode controller designed and implemented for the gyroscope system. In order to evaluate the performance of designed controllers, these controllers compared with backstepping sliding mode controller and the backstepping fast terminal sliding mode controller. The results shown that the proposed controller has a faster transient response than the other controllers. Another advantage of the proposed controller is simplicity designed and implemented, increase system stability and acceptable tracking than the other controllers. Also unlike the other two controllers the chattering phenomenon completely removed in the fractional order designed controllers.
    Keywords: sliding mode, fast terminal, Backstepping, fractional order, triaxial gyroscope
  • Rambod Rastegari *, Khalil Alipour Pages 394-404
    The use of automatic systems for space exploration can dramatically decrease the cost of desired mission. One of the structures that has previously been utilized for space exploration is the wheeled rovers. Wheeled rovers have wide work space and can move with a proper velocity. Their mechanisms are simple and are energy efficient. In the most of the previous studies, it has been assumed that the wheeled robot chassis is rigid. However, if the wheeled robot motion on relatively rough terrain is required then it should be equipped with flexible suspension. Also, in most of the earlier studies, the nonlinear friction between the wheels and ground has not been modeled. Consequently, in this paper, the dynamics equations of a wheeled robotic system with flexible suspension is derived. To model the friction and wheels slip, the Dugoff friction model is utilized. Considering the wheels torque as inputs, a novel two-layer driver is proposed. Adopting the suggested algorithm, the control of pitch angle is possible. In the first layer, the motion of the system is adjusted using modified multiple impedance approach. Also, in the second layer, which is called local controller, the actuating torque of wheels are adjusted so as the output forces/torques of the first layer can be realized. The obtained simulation results support the merits of the proposed new motion strategy control.
    Keywords: Space Explorations, Wheeled Robot, Modified Multiple Impedance
  • Mohsen Mirzajani, Naser Khaji * Pages 405-412
    In this paper, the Wave Finite Element Method (WFEM) is developed for modelling of stress wave propagation in one-dimensional problem of nonhomogeneous linear, anisotropic micropolar rod of variable cross section. For this purpose, the WFEM equations are developed based on the micropolar theory of elasticity. Two kinds of waves with fast and slow velocities are detected. For micropolar medium, an additional rotational Degree of Freedom (DOF) is considered besides the classical elasticity’s DOF. The method proposed in this paper is implemented to solve the wave propagation and impact problems in micropolar rods with different layers. The results of the proposed method are compared with some numerical and/or analytical solutions available in the literature, which indicate excellent agreements between the results.
    Keywords: Micropolar elasticity, Wave Finite Element Method, Wave propagation, Micropolar rod, Impact
  • Mohammadamin Aliasgharpour, Karim Salahshoor* Pages 413-418
    Drilling is one of the most critical mechanical process in oil and gas industry in which its operational parameters should properly be tuned to reduce drilling time and consequently enhance efficiency of the drilling process. The main objective in this paper is to present a new method to regulate and optimize the Rate of Penetration (ROP) of the system with top drive rotary motor torque in drill string. The paper presents a formulation of a robust receding horizon controller to track piecewise constant references. To achieve this, a tube-based Robust Model Predictive Control (RMPC) is introduced in which the tubes are based on reachable sets. A drilling system is assumed as a test bed for evaluating the performance of the proposed control scheme. The assumed drilling system is modeled as a linear system with additive bounded uncertainties by using Bourgoyne and Young model which is known as a complete mathematical drilling model. The most important novelty part of this manuscript corresponds to integration of both tracking and regulatory objectives in one control framework. Simulations demonstrate the effectiveness of the stability and robust characteristics the proposed RMPC scheme in terms of its stability and robust characteristics with respect to the usual control approaches.
    Keywords: Model Predictive Control, Optimal control, rate of penetration (ROP), Robust control, rotary drilling control
  • Mojtaba Barzegary, Bahman Vahidi *, Mohammadreza Safarinejad Pages 419-429
    Stress urinary incontinence (SUI) is characterized by the involuntary transurethral leakage of urine caused by an increase in abdominal pressure in the lack of an adequate bladderý ýcontraction that raises the vesical pressure to a level that exceeds urethral pressureý. ýAdult women are most commonly affected by SUI which is believed to be caused in part byý ýinjuries to the pelvic floor sustained during childbirthý. ýDespite the large number of women affected by SUIý, ýlittle is known about the mechanisms associated with the maintenance of urinary continence in womený. ýThe work in this ýresearch ýfocuses on studying the behavior of the bladder and the dynamics of the urine during an increase in abdominal pressure like a coughý. ýThe computational model is developed by using the Finite Elements Method (FEM) and Fluid-structure interaction (FSI) techniques. ýThe results show a good accordance between the clinical data and predicted values of the computational models. ýSimulated pressure is more accurate in the model in which non-linear material properties are utilized. The results of the computational methods indicate that by using numerical techniques and simplification of the physics of biological systems, clinical results can be reached in virtual environments in order to understand pathological mechanisms.
    Keywords: Computational Fluid Dynamics?, ?Fluid Structure Interaction?, ?Finite Element Method?, ?Urinary System?, ?Stress Urinary Incontinence
  • Hossein Mohammadi *, Mahdi Ramezanizadeh Pages 430-438
    The objective of this paper is to obtain acoustical behavior of air flow around 65° sweep back cropped, 66°/42° cranked arrow and 53° diamond delta wing configuration by using large eddy simulation approach with 0.17 of smagorinsky-lilli coefficient. It is worthy to mention that the root chord of the wings is 360 mm. Validation of the aerodynamics coefficient is performed using available experimental results which showed good agreements. CFD simulations were performed for 15 degree angles of attack at a Mach number of 0.147 and a Reynolds number of 1.2 million based on the root chord. Acoustic measurements such as power spectral density, acoustic pressure, sound pressure level and sound amplitude, were taken using 3 microphones in the wake region of the mentioned wings. The amount of sound pressure level of microphone which is placed at 1.835 meter from apex of above wings in the range of Strouhal 0 to 1 is, 22 to 66, 10 to 73 and 9 to 44 which indicates aeroacoustic behavior of the diamond delta wing, is more better than cropped and cranked arrow delta wing.
    Keywords: Aeroacoustics, Cropped Delta Wing, Cranked Arrow Delta Wing, Diamond Delta Wing, Large Eddy Simulation Approach
  • Mohammad Honarpishe*, Farshad Nazari Pages 439-445
    The contour method is a new approach to measure the residual stress and use to provide a two-dimensional map of residual stresses. In this study, residual stresses were measured in the rods which produced by hot extrusion with high reduction cross section. The rods material was 6061 aluminum alloy and the effect of annealing heat treatment has been studied on the rods. For this purpose, residual stress has been evaluated before and after annealing heat treatment and the uncertainty of the contour method calculated. The results indicate that in the rods that produced by hot extrusion with high reduction cross section, tensile residual stress is created in the rod core and by moving along radius changed to compressive residual stress such that the surface is balanced via tensile and compressive stress. The maximum tensile residual stress is formed on the rod center and performing annealing heat treatment causes to high reducing residual stress. Also the uncertainty investigation determined, the uncertainty was almost uniform on the surface and displacement error and model error sources have a same effect on the uncertainty of contour method.
    Keywords: Extrusion, residual stress, Contour method, Uncertainty
  • Roya Darbari, Hamed Deilami Azodi * Pages 446-452
    Nowadays, two-layer sheets have many applications in various industries due to their superlative characteristics. Characteristics such as weight and formability of two-layer sheet depend on the material and the thickness of the layers which compose the two-layer sheet. Plastic instability and occurrence of localized necking limit the forming of the sheets. Forming limit diagram is used to evaluate the formability of sheet. In this paper, a multi-objective genetic algorithm is applied to optimize the thickness ratio of layers in Al3105-St14 two-layer sheet. The optimal model minimizes the weight and maximizes the formability of two-layer sheet simultaneously. Forming limit diagram of two-layer sheet is determined by analytical model based on Marciniak and Kuckzinsky (M-K) method using Barlat and Lian non-quadratic yield criterion. Experiments are also carried out on Al3105-St14 two-layer sheet in order to examine the validity of the theoretical results. Pareto-based multi-objective optimization is used in order to make the objective function of weight per unit area minimized and the objective function of formability maximized. The Pareto front provides a set of optimal solutions. In addition, the knee point as the most satisfactory solution from Pareto-set is determined using minimum distance method.
    Keywords: Two- layer sheet, Formability, Multi objective optimization, Genetic algorithm