فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال نوزدهم شماره 2 (بهمن 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/09/17
  • تعداد عناوین: 25
|
  • علیرضا نیک پوریان، محمدرضا قضاوی* صفحات 247-258
    در این پژوهش به بررسی رفتار غیرخطی یک میکروتیر دوسرگیردار دارای انحنای اولیه پرداخته شده است. دو لایه پیزوالکتریک با ضخامت کم، به طور کامل به سطوح بالایی و پایینی میکروتیر چسبیده است. با اعمال ولتاژ به لایه های پیزوالکتریک، نیروی محوری در میکروتیر القا می شود که موجب تغییر در میزان انحنای اولیه و همچنین سفتی خمشی میکروتیر می شود. از این پدیده برای اولین بار در میکروتیرهای دارای انحنای اولیه به عنوان عامل تنظیم فرکانس استفاده شده است. علاوه بر این میکروتیر تحت تحریک مستقیم و متناوب الکتروستاتیک قرار دارد که کاملا مستقل از تحریک پیزوالکتریک است. معادلات حاکم بر میکروتیر با استفاده از اصل همیلتون به دست آمده است و همچنین از تئوری گرادیان کرنش برای در نظر گرفتن اثر اندازه، بهره گرفته شده است. پاسخ استاتیکی میکروتیر با استفاده از روش عددی نیوتن رافسون و همچنین فرکانس طبیعی میکروتیر نیز به ازای ولتاژهای مختلف الکتروستاتیک به دست آمده است. اثر اندازه و تحریک پیزوالکتریک بر پاسخ استاتیکی میکروتیر و فرکانس طبیعی آن مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده است که تحریک پیزوالکتریک می تواند برای تنظیم باند دوپایداری استاتیکی سیستم مورد استفاده قرار گیرد. پاسخ دینامیکی میکروتیر نیز در همسایگی رزونانس اولیه با استفاده از روش عددی پرتابه ای به دست آمده و در موارد خاص با روش تحلیلی مقیاس های زمانی چندگانه مقایسه شده است. تاثیر اندازه و همچنین تحریک پیزوالکتریک بر رزونانس اولیه مورد تحلیل قرار گرفته است. در پایان نیز رزونانس ثانویه و تاثیر اندازه بر آن مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: میکروتیر دارای انحنای اولیه| لایه های پیزوالکتریک| تئوری گرادیان کرنش| رزونانس اولیه| رزونانس ثانویه
  • حسین روحی، حامد دیلمی عضدی* ، مهدی صفری صفحات 259-268
    شکل دهی تدریجی ورق از جمله فرآیندهای نوین است که در نمونه سازی سریع و ساخت قطعات با هندسه پیچیده به کار می رود. حد شکل دهی در این فرآیند در مقایسه با سایر فرآیندهای متداول شکل دهی بیشتر است. در این مقاله فرآیند شکل دهی تدریجی تک نقطه ای گرم با گرمادهی همگن به ورق به همراه گرمایش ابزار به صورت تجربی و عددی مورد مطالعه قرار می گیرد. شکل پذیری ورق بر مبنای آزمون شیار مستقیم شرایط مختلف فرآیند با استفاده از آزمایش های تجربی و شبیه سازی های عددی با استفاده از روش اجزای محدود تعیین می شود. گرمایش ابزار به همراه اعمال سیستم گرمایش همگن به ورق باعث هم دماشدن ابزار و ورق شده و با کاهش اتلاف حرارت در منطقه تغییر شکل موجب بهبود فرآیند تغییر شکل شده و امکان دست یابی به حدود شکل دهی بالایی را میسر می سازد. مقایسه منحنی های حد شکل دهی تجربی و عددی نشان دهنده انطباق خوب بین نتایج در شرایط مختلف فرآیند است. اثر دما و سرعت پیشروی روی حد شکل دهی ورق آلومینیوم 1050 مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که با افزایش دما شکل پذیری ورق به طور قابل توجهی افزایش می یابد اما میزان تاثیر دما بر حد شکل دهی ورق در سرعت پیشروی پایین تر بیشتر است. افزایش نرخ پیشروی، حد شکل دهی را به مقدار کمی کاهش می دهد. این کاهش شکل پذیری در دمای بالا مشهودتر است.
    کلیدواژگان: شکل دهی افزایشی تک نقطه ای گرم شکل پذیری نمودار حد شکل دهی آزمون شیار مستقیم شبیه سازی اجزا محدود
  • محمد هنرپیشه* ، محمدحسین توجهی، فرشاد نظری صفحات 269-280
    فرآیند پرس کاری در قالب های شیاردار مقیدشده یکی از کارآمدترین و جدیدترین روش های تغییر شکل پلاستیک شدید برای تولید ورق های فلزی فوق ریزدانه است. در این تحقیق به بررسی اثر فرآیند پرس کاری در قالب های شیاردار مقیدشده بر ریزساختار و خواص مکانیکی در ورق های مس خالص، پرداخته شده است. به منظور بررسی ریزساختار نمونه ها از میکروسکوپ نوری و برای مطالعه خواص مکانیکی از آزمون های کشش و میکروسختی ویکرز استفاده شده است. با مطالعه ریزساختار نمونه های مسی، مشاهده شده است که فرآیند پرس کاری در قالب های شیاردار مقیدشده باعث کاهش چشمگیر اندازه دانه ها به ویژه در پاس اول فرآیند شده است. همچنین نتایج حاصل از بررسی های خواص مکانیکی حاکی از آن است که این فرآیند به ویژه در پاس اول باعث افزایش قابل توجه استحکام و سختی نمونه های مسی شده است. در بررسی عددی فرآیند پرس کاری در قالب های شیاردار مقیدشده، کرنش موثر اعمالی و نیروی شکل دهی به روش المان محدود مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که با افزایش تعداد پاس، کرنش موثر و نیروی شکل دهی همواره افزایش می یابد. همچنین توزیع کرنش موثر نشان داد که مرکز قطعه کرنش موثر بیشتری را دریافت می کند که سبب می شود افزایش سختی در ضخامت قطعه از سطح آن بیشتر باشد. در پایان نیز روشی به منظور تخمین استحکام تسلیم ماده با استفاده از مقادیر سختی ارایه شد و توانست تنش تسلیم در پاس های مختلف فرآیند را با خطای قابل قبول حدود 6% محاسبه نماید.
    کلیدواژگان: ساختار فوق ریزدانه پرس کاری در قالب های شیاردار مقید شده ریزساختار خواص مکانیکی روش المان محدود
  • پوریا نعیمی امینی، بهنام معتکف ایمانی* صفحات 281-291
    ارتعاش در ماشین کاری یکی از مهم ترین محدودیت های تولید است. این ارتعاش منجر به افزایش هزینه های ماشین کاری، کاهش دقت قطعات و کاهش عمر ابزار برشی می شود. کنترل فعال یکی از روش های مرسوم برای مقابله با ارتعاش در ماشین کاری است ولی طراحی یک کنترلر بهینه برای فرآیند ماشین کاری به دلیل عوامل ناشناخته در سیستم یک مشکل چالش برانگیز است. روش کنترلی DVF با حجم محاسباتی پایین و قابلیت بالا در افزایش عملکرد ابزار برشی، روش موثری است ولی به دلیل افزایش توان کنترلی می تواند موجب اشباع عملگر شود، بنابراین یک روش بهینه کنترلی نیست. هدف این پژوهش پیاده سازی کنترل PID غیرخطی برای افزایش کارآیی و بهبود عملکرد کنترل فعال ارتعاش روی یک ابزار داخل تراش است. نتایج آزمون های کنترل ضربه نشان می دهد که الگوریتم کنترلی PID غیرخطی کسری در کاهش ارتعاش و افزایش میرایی سازه دارای عملکرد مطلوبی است. با استفاده از معیارهای عملکرد کنترلر می توان توان کسری بهینه برای کنترلر PID غیرخطی را به نحوی انتخاب کرد که علاوه بر افزایش میرایی ابزار، منجر به کاهش توان مصرفی شده و در نتیجه از اشباع عملگر جلوگیری شود. نتایج آزمون های برشی نیز نشان می دهد که کنترلر PID غیرخطی با کاهش ولتاژ کنترلی و توان مصرفی عملگر نسبت به کنترلر DVF، منجر به افزایش محدوده ماشین کاری پایدار می شود. همچنین کنترلر پیشنهادی در هنگام وقوع اغتشاش های ضربه ای در فرآیند ماشین کاری از جمله درگیری اولیه ابزار منجر به کاهش قابل توجه قله ولتاژ کنترلی می شود.
    کلیدواژگان: کنترل فعال، ارتعاشات، چتر، ابزار داخل تراش، کنترل گر غیرخطی کسری، اشباع عملگر
  • حمیدرضا جشنانی* ، محمدرضا رحیمی، عبدالسلام کریم زاده، مریم اطلاعی صفحات 293-302
    سختی کم و مقاومت به سایش پایین آلیاژهای آلومینیم کاربردهای آنها را در صنایع مختلف با محدودیت همراه کرده است. در این کار تحقیقی سعی شده است که با ایجاد پوشش گرادیانی نیکل- فسفر- آلومینا، خواص مکانیکی سطحی و سایشی این آلیاژها بهبود داده شود. برای این منظور با اعمال پیوسته و تغییر تدریجی پارامترهای پالس مانند چرخه کاری و فرکانس حین فرآیند پوشش دهی، پوشش های گرادیانی با تغییر تدریجی ترکیب شیمیایی و محتوای نانوذره ایجاد شده است. برای این منظور اثر چرخه کاری و فرکانس بررسی شده است. دو دسته پوشش با تغییر تدریجی چرخه کاری از 90 تا 30% و فرکانس پالس از 50 تا 500هرتز ایجاد شده است. نتایج نشان داده است که تغییرات فرکانس تاثیر چندانی روی میزان فسفر و نانوذره نداشته و بیشتر روی اندازه دانه تاثیر داشته است. با این حال کاهش تدریجی چرخه کاری منجر به افزایش میزان فسفر و نانوذره از زیرلایه به سمت سطح شده است. در پوشش های نانوکامپوزیتی، میزان فسفر از 5/3% وزنی تا حدود 15/5% وزنی و نانوذره آلومینا از 0/7% وزنی تا 2/6% وزنی تغییر کرده و با تغییرات تدریجی پیوستگی پوشش به زیرلایه و چسبندگی آن بهبود پیدا کرده است. نتایج میکروسختی نیز نشان داد که ایجاد پوشش های گرادیانی با استفاده از چرخه کاری نسبت به فرکانس مقادیر سختی بالاتری داشته است. همچنین براساس نتایج آزمون پین روی دیسک در مقابل ساینده فولادی 52100، مقاومت به سایش پوشش های گرادیانی نسبت به پوشش های تک لایه بهبود پیدا کرده است.
    کلیدواژگان: آبکاری الکتریکی| نیکل فسفر| چرخه کاری| پالس
  • مریم مهدی زاده دستجردی، علی فلاح* ، سعید رشیدی صفحات 303-315
    متغیرها و ویژگی های مکانیکی بافت های زیستی نرم، مانند کرنش و مدول یانگ، برای نمونه با هدف بهبود تشخیص های بالینی و به ویژه تشخیص و تفکیک غیر تهاجمی تومور ها با استفاده از روش جدید "الاستوگرافی " تخمین زده می شوند. تخمین ویژگی های مکانیکی موضعی بافت ها در روش های الاستوگرافی از روی تصاویر یا سایر داده های ثبت شده از پاسخ آنها به تحریکات استاتیک یا دینامیک اعمالی با استفاده از تجهیزات تصویربرداری بالینی متداول، مانند تصاویر و سیگنال های ثبت شده با استفاده از دستگاه تصویر برداری الترا سوند صورت می گیرد. در اکثر روش های الاستوگرافی مانند الاستوگرافی کرنش (استاتیک) ابتدا میدان جابه جایی ایجادشده در بافت در نتیجه اعمال تحریک تعیین می شود. در این مقاله روش همبستگی متقابل بهبودیافته ای که از جست وجوی هدایت شده بهره می برد و امکان تخمین دقیق و سریع میدان های جابه جایی و کرنش را فراهم می آورد، معرفی می شود. مزایا و قابلیت های روش تخمین کرنش مبتنی بر روش همبستگی متقابل، مانند دقت، صحت و رزولوشن بالا، در مقایسه با محدودیت حجم زیاد محاسبات، این روش را متداول ترین روش تخمین کرنش در الاستوگرافی با التراسوند ساخته است. به منظور ارزیابی روش پیشنهادی از داده های ثبت شده با استفاده از دستگاه تصویربرداری التراسوند هنگام متراکم نمودن کبد بیمار با سرطان کبد استفاده شده است. میانگین اختلاف نتایج تخمین میدان های جابه جایی و کرنش محوری با استفاده از روش همبستگی متقابل پیشنهادی (در زمانی کمتر از 30ثانیه) و روش کمینه سازی تحلیلی به ترتیب 0/22 نمونه و 2-10×0/21 محاسبه شده است. اختلاف کم نتایج به دست آمده تاییدکننده صحت نتایج تخمین میدان های جابه جایی و کرنش محوری با استفاده از روش پیشنهادی است.
    کلیدواژگان: الاستوگرافی تخمین کرنش تخمین جابجایی همبستگی متقابل تصاویر التراسوند
  • حسن غلامی، رامین کوهی کمالی* ، نوید شریفی صفحات 317-326
    در مطالعه حاضر با روش حجم سیال در نرم افزار متن باز اپن فوم پدیده تبخیر در محیط متخلخل مورد تحلیل قرار گرفته است. در ابتدای حل، سیستم شامل فاز آب و محیط متخلخل مس است. در مراحل بعدی شبیه سازی عددی و در اثر تبخیر قسمتی از آب، فاز بخار به عنوان دومین فاز سیال ظاهر می شود. آب و بخار، غیرقابل تراکم و مخلوط نشدنی فرض شده است و پدیده تبخیر به صورت غیرتعادلی رخ می دهد. فصل مشترک بین فازها با روش حجم سیال، انتقال جرم بین دو فاز آب و بخار با مدل لی و کشش سطحی بین فازها با روش نیروی سطح پیوسته مدل سازی شده است. مقایسه نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی نشان داد که حلگر ترکیبی تبخیر محیط متخلخل به خوبی نرخ تبخیر در مقاطع مختلف کانال را تخمین می زند. علاوه بر این نتایج مربوط به دمای دیواره به دو ناحیه گرمایشی و تبخیر تقسیم می شود. در ناحیه گرمایش، دما به طور خطی با عمق کانال افزایش می یابد تا اینکه به دمای اشباع برسد. بعد از نقطه اشباع دمای دیواره ابتدا ثابت مانده و در نهایت شکل نوسانی به خود می گیرد که به صورت محلی، پرش های دمایی رخ می دهد. نرخ جرمی تولید بخار نیز ابتدا با شدت زیاد اتفاق می افتد اما در نواحی انتهایی کانال متخلخل، نرخ رشد آن به کندی صورت می گیرد.
    کلیدواژگان: تبخیر، محیط متخلخل| کانال قائم، روش حجم سیال، نرم افزار اپن فوم
  • محمدعلی رضایی، همام نفاخ موسوی* صفحات 327-334
    اینکونل 718 که یک سوپرآلیاژ پایه نیکلی رسوب سخت شونده محسوب می شود و براساس رسوبات گاما دابل پرایم (γ′′) با ترکیب شیمیایی Ni3Nb مستحکم می شود، به صورت گسترده برای کاربردهای دمای متوسط و بالا در صنایع مختلفی به کار می‎رود. هدف از انجام این پژوهش اثر عملیات پیش سرد در جوشکاری سوپرآلیاژ اینکونل 718 با استفاده از جوشکاری لیزر پالسی Nd: YAG و بررسی ریزساختار، هندسه جوش، جوش پذیری و مکانیزم ترک خوردگی در ناحیه متاثر از حرارت این سوپرآلیاژ است. برای بررسی ریزساختار از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی و برای بررسی خواص مکانیکی از آزمون سختی استفاده شد. نتایج محاسبات عددی با استفاده از رابطه رزنتال نشان داد که طول مناطق مختلف جوش شامل ناحیه خمیری، ناحیه ذوب جزیی شده و ناحیه متاثر از حرارت با اعمال شرایط پیش‎سرد به ترتیب 46، 46 و 56% کاهش می‎یابد. نتایج محاسبات تجربی نیز نشان داد که طول ناحیه ذوب جزیی شده و ناحیه متاثر از حرارت و همچنین مساحت ناحیه متاثر از حرارت با اعمال شرایط پیش‎سرد به ترتیب 2/1، 2/5، 2/5برابر کاهش یافته است. با توجه به اینکه ذوبی شدن مرزدانه ها در تمامی نمونه ها مشاهده شد، مکانیزم محتمل برای ترک ذوبی ناحیه متاثر از حرارت، ذوب ترکیبی کاربیدهای غنی از Nb و همچنین رسوبات دلتا است که تشکیل فیلم مذاب در مرزدانه ها را ترغیب می کند و موجب ترک ذوبی در این ناحیه می شود. همچنین پروفیل سختی نشان داد که با اعمال شرایط پیش‏سرد، سختی فلز جوش افزایش می‏یابد.
    کلیدواژگان: اینکونل 718 لیزر پالسی Nd:YAG ترک ذوبی HAZ جوش پذیری
  • مهران عبدالعلی پورعدل، شهرام خلیل آریا* ، صمد جعفرمدار صفحات 335-346
    در شمال غرب ایران در منطقه سبلان دو چاه با شرایط دمایی و فشاری متفاوت مورد بهره برداری قرار گرفته است. با توجه به مشخصات ترمودینامیک چاه ها، چرخه ترکیبی جدید (چرخه ترکیبی تبخیر آنی با چرخه دی اکسید کربن گذر بحرانی و کالینا11) برای زمین گرمایی سبلان پیشنهاد شده است. در چرخه های کالینا 11 و گذر بحرانی دی اکسید کربن داخل مبدل های حرارتی که سیال در حال افزایش دما است شیب تغییر دمایی متفاوتی دارد، بنابراین یک روش جدید برای پیداکردن محل نقطه تنگش و سایر مشخصات ترمودینامیک مبدل پیشنهاد شده است. تاثیر نسبت به فشار بالای کالینا، غلظت آمونیاک، نسبت فشار چرخه گذر بحرانی دی اکسید کربن، اختلاف دمای نقاط تنگش و فشار جداسازها روی بازده حرارتی و اگزرژی چرخه ترکیبی پیشنهادی مورد مطالعه قرار گرفت، سپس چرخه ترکیبی پیشنهادی مورد بهینه سازی ترمودینامیک با استفاده از نرم افزار ای ای اس (حل معادلات مهندسی) قرار گرفت. براساس شرایط عملکرد بهینه، توان خالص چرخه ترکیبی 20046کیلووات، بازده حرارتی 17/15%، تخریب اگزرژی 8259کیلووات و بازده اگزرژی 65/74% محاسبه شده است. مشخص شده که برای چرخه پیشنهادی در این مقاله توان خالص تولیدی 17/55%، بازده حرارتی 17/55% و بازده اگزرژی برای چرخه ترکیبی 20/04% نسبت به چرخه های پیشنهادی قبلی ارتقا یافته است.
    کلیدواژگان: تحلیل ترمودینامیکی، نیروگاه زمین گرمایی سبلان، چرخه کالینا 11، چرخه دی اکسیدکربن، گذربحرانی
  • فرزان رشیدی* ، حلیمه رشیدی صفحات 347-362
    در این مقاله با استفاده از قوانین ترمودینامیکی، یک سیستم تولید چندگانه با محرک اولیه میکروتوربین مدل سازی شده است. سپس با استفاده از مفهوم اگزرژی و به کارگیری توابع اقتصادی و زیست محیطی، راندمان اگزرژی و نرخ هزینه کل به عنوان دو تابع هدف سیستم محاسبه شده اند. با توجه به متضادبودن توابع هدف، برای بهینه سازی سیستم از الگوریتم بهینه سازی کرم شب تاب چندهدفه استفاده شده است. به منظور تسریع در فرآیند بهینه سازی و جلوگیری از گیرافتادن الگوریتم در بهینه های محلی، راهکارهای ابتکاری جدیدی به الگوریتم اضافه شده اند. نتیجه اعمال الگوریتم بر سیستم تولید چندگانه مورد مطالعه، منجر به مجموعه ای از جواب های بهینه پارتو خواهد شد که نشان دهنده ناحیه مصالحه بین توابع هدف است. برای انتخاب جواب نهایی از بین چندین جواب بهینه موجود از روش تصمیم گیری فازی max-min بهره گرفته شده است. به منظور بررسی کارآیی الگوریتم بهینه سازی پیشنهادی نتایج حاصل از این الگوریتم با دو الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات و الگورتیم ژنتیک چندهدفه مقایسه شده است. براساس نتایج حاصل از بهینه سازی سیستم، راندمان اگزرژی می تواند تا 69% افزایش یابد. همچنین با درنظرگرفتن نرخ هزینه کلی سیستم به عنوان تنها تابع هدف، این مقدار می تواند تا 572$/h کاهش یابد.
    کلیدواژگان: تحلیل اگزرژیاقتصادی| بهینه سازی چندهدفه| میکروتوربین| سیستم تولید چندگانه| الگوریتم بهینه سازی کرم شب تاب
  • مسیب قلی نیا، محسن پورفلاح* ، حمیدرضا چمنی صفحات 363-373
    انتقال حرارت در دیواره‎ها نقش بسزایی در تخمین صحیح توزیع دما به منظور بررسی تنش‎های حرارتی و خستگی کم چرخه در بستار موتور دیزل دارد. از این رو لازم است که در طراحی و شبیه سازی دقیق راهگاه خنک‎کاری جزییات جریان و انتقال حرارت در محدوده وسیعی از کارکرد موتور بررسی شود. یک رویکرد کارآمد برای مطالعه سامانه خنک کاری، شبیه‎سازی آن با کمک دینامیک سیالات محاسباتی به شکل سه بعدی با حل همزمان سازه و سیال است که منجر به پیش بینی دقیق دمای دیواره و شار حرارت می شود. در این مقاله توزیع ضرایب انتقال حرارت جابه جایی در راهگاه خنک‎کاری یک موتور دیزل سنگین 16 استوانه با روش دینامیک سیالات محاسباتی سه بعدی با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت محاسبه شده است. همچنین حل معادلات پدیده جوشش مادون سرد براساس دو الگوی رایج چن و بی دی ال انجام شده است و تاثیر شاخص های سرعت، دما و فشار سیال در زمان وقوع پدیده جوشش بر انتقال حرارت دیواره راهگاه خنک کاری مطالعه شده است. نتایج نشان می‎دهد که بهترین حالت برای راهگاه خنک‎کاری زمانی است که در نقاط بحرانی حرارتی، سیال خنک‎کننده به سرعتی برسد که جوشش هسته ای مادون سرد رخ دهد.
    کلیدواژگان: موتور دیزل سنگین، راهگاه خنک‎کاری| شبیه‎سازی عددی، انتقال حرارت، جوشش مادون سرد
  • محمدمراد شیخی* ، علیرضا هادی، محسن قاسمی ورزنه صفحات 375-386
    مفاصل کروی کاربرد ویژه ای در بسیاری از سیستم های رباتیک از جمله کاربردهای مختلف صنعتی و پزشکی به ویژه در محیط های بدون ساختار دارند. سیستم های رباتیک ماژولار راه حل های مناسبی برای به کارگیری در این محیط ها هستند؛ به گونه ای که پیکربندی ربات ها می تواند سریع و آسان با اتصال دادن یا جداکردن ماژول های مختلف تغییر کند. انعطاف پذیری ماژول ها، درجات آزادی کافی، امکان تثبیت موقعیت ماژول و سفتی آن برای حفظ استحکام و سفتی ربات ماژولار هنگام انجام ماموریت از مهم ترین مشخصه های یک ربات مفصلی ماژولار است. آلیاژهای حافظه دار، محرک های مطلوبی برای به کارگیری در ماژول های رباتیک هستند که می توان با به کارگیری آنها به سیستمی سبک، کم حجم و بدون نویز دسترسی پیدا کرد. در این مقاله با جای گذاری سه جفت فنر آلیاژ حافظه دار در ساختار یک ماژول مفصلی انعطاف پذیرمکانیزمی با 2 درجه آزادی ایجاد شده است. همچنین با تعبیه یک سیستم الکترومغناطیسی در مفصل امکان تثبیت موقعیت آن در موقع لزوم فراهم شده است. ماژول توسعه یافته، علاوه بر انعطاف پذیری زیاد می تواند در مواقع لزوم موقعیت خود را ثابت نگه داشته و استحکام بازوی رباتیک را افزایش دهد. در این پژوهش، طراحی ماژول ارایه شده و تحلیل سینماتیکی و نیرویی آن مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین اثربخشی سیستم تثبیت موقعیت در کنترل مناسب تر موقعیت ماژول با آزمایش تجربی صحه گذاری شده است.
    کلیدواژگان: ماژول مفصلی آلیاژ حافظه دار استحکام تثبیت موقعیت
  • کریم اصولی بستان آباد، ابوالفضل توتونچی* ، مهدی اسکندرزاده، عباس کیان وش صفحات 387-396
    بروز خرابی و نشتی در لوله های انتقال سیال در ایران امری گریزناپذیر است. خرابی منجر به نشتی در خطوط انتقال، بسته به شرایط طراحی و عملیاتی دلایل متفاوتی می تواند داشته باشد. از جمله این دلایل می توان به آسیب های مکانیکی، خوردگی داخلی یا خارجی، خستگی و فشار داخلی بیش ازحد مجاز اشاره کرد. در بحث تعمیرات خطوط آسیب دیده استراتژی های مختلفی برای بازسازی و راه اندازی مجدد خط وجود دارد که اهم آنها جایگزینی کل لوله فرسوده، استفاده از کلمپ های جوشی و استفاده از وصله های کامپوزیتی هستند. در سال های اخیر استفاده از وصله های کامپوزیتی به عنوان روشی کم هزینه، دایمی و استاندارد روی جنس های مختلف لوله و با کمترین وقفه در کار انتقال مورد پذیرش قرار گرفته است. در پژوهش حاضر با رویکرد بازسازی خطوط فولادی انتقال آب، وصله های کامپوزیتی پایه اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه به کار گرفته شدند. بهینه سازی استحکام چسبندگی وصله های کامپوزیتی بر سطح فولاد با بهره گیری از روش تاگوچی و آزمون های سنجش استحکام چسبندگی کامپوزیت بر سطح فولاد در دو حالت بارگذاری کششی/برشی با سه نوع چسب سیانواکریلات، متااکریلات و اپوکسی در شرایط دمایی و زمانی مختلف پخت چسب صورت پذیرفت. نتایج مطالعات آزمون های مکانیکی و تصاویر سطوح شکست حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) بیانگر عملکرد بهتر چسب پایه متااکریلاتی با استحکام چسبندگی مناسب بود.
    کلیدواژگان: بازسازی لوله های انتقال سیال، وصله های کامپوزیتی پایه اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه، بهینه سازی چسبندگی، چسب متیل متااکریلات، استحکام مکانیکی
  • میلاد ژاله رفعتی، آیدین جوادی، مریم طاهری نژاد، سیدفرشید چینی* صفحات 397-405
    برای کاهش آلاینده های خروجی توربین گاز تولیدکنندگان این توربین ها همواره به دنبال تکنولوژی های جدید هستند. یکی از آلاینده های مهم توربین های گاز در حالتی که گاز طبیعی می سوزانند، اکسیدهای نیتروژن است. در دماهای بالا NOx حرارتی اصلی ترین علت تشکیل NOx در توربین گاز است؛ در نتیجه تزریق آب در دماهای بالا منجر به کاهش NOx می شود. ولی باید توجه کرد که تزریق آب منجر به افزایش آلاینده مونواکسید کربن و همچنین صدمه به محفظه احتراق می شود. در نتیجه مقدار بهینه دبی آب تزریق شده به داخل محفظه احتراق مقداری است که NOx را به حد مورد قبول استاندارد محیط زیست برساند. برای پی بردن به مقدار بهینه دبی آب، احتراق داخل محفظه را برای حالت های تمام بار و بارجزیی، ابتدا بدون تزریق آب و سپس با تزریق آب به روش عددی مورد بررسی قرار دادیم. تزریق آب با دبی و دماهای مختلف انجام شد تا مقدار بهینه دبی و دمای آب به دست آید. نتایج نشان داد که در حالت تمام بار دبی بهینه برای تزریق آب برابر با 100% مقدار سوخت تزریق شده و فشار لازم برای تزریق آب نیز در حالت تمام بار برابر با 24/45 بار است. در حالت بار جزیی (دبی سوخت برابر 75% دبی سوخت تمام بار) مقدار بهینه تزریق آب برابر با 80% مقدار سوخت تزریق شده است. در این حالت فشار لازم برای تزریق آب حدود 16/5 بار است. همچنین نتایج نشان می دهند که تغییر دمای آب در محدوده C80-10 تاثیر قابل توجهی بر تولید آلاینده NOx ندارد و می توان آب را با همان دمای محیط برای تزریق ارسال کرد.
    کلیدواژگان: توربین گاز، اکسید نیتروژن (ناکس)، کنترل آلاینده های محیط زیستی، ترزیق آب، دمای محفظه احتراق
  • سیدحمیدرضا حیدری، جعفرالصادق فرحات، برهان بیگ زاده* صفحات 407-414
    با گسترش تکنولوژی های سبک، قابل حمل و ارزان قیمت، گروه جدیدی از کاربران مانند عابران پیاده به استفاده کنندگان سیستم های ناوبری اضافه شده اند. سیستم های ناوبری عابر پیاده امروزه در زمینه های پزشکی، ورزشی، نظامی، پویانمایی و غیره گسترش زیادی پیدا کرده اند. این حجم از استفاده نگاه پژوهشگران زیادی را در چند دهه اخیر به خود متمرکز کرده است. در این پروژه با استفاده از سنسورهای اینرسی و شتاب سنج مسیر حرکت یک آتش نشان تخمین زده شد و هدف استفاده از روش صفرکننده سرعت در هر گام، در ناوبری عابر پیاده برای کاهش خطا و نویز موجود با استفاده از فیلتر کالمن بود. به دلیل آنکه خطا در ناوبری کور در صورت عدم استفاده از فیلتر ذکر شده به مرور زمان واگرا می شود استفاده از سنسورهای معمولی شتاب سنج نمی تواند نتیجه مطلوبی را حاصل کند.
    با استفاده از ماژول ترکیبی یک سنسور اندازه گیری اینرسی که شامل شتاب سنج و ژیروسکوپ است توانسته شد ردگیری از موقعیت فرد در هر لحظه در حالی که این سنسور روی کفش نصب شده است، دنبال شود. با اندازه گیری مسیر پیموده شده با استفاده از سنسور نصب شده روی کفش یک انسان و مقایسه نتایج با مسیر مطلوب ازپیش تعیین شده توانایی روش صفرکننده سرعت در هر گام در ناوبری، بحث و تفسیر شده است
    کلیدواژگان: سیستم های ناوبری، عابر پیاده، سنسورهای اینرسی، کفش، صفر کننده سرعت در هر گام
  • مقصود عبداللهی حقی، سیدمهدی پسته ای* ، عطا چیت سازخویی صفحات 415-427
    در این مقاله، مطالعه اگزرژی و هزینه در چهارچوب تحلیل اگزرژی اقتصادی استفاده از یک سیستم تولید توان و گرمایش با محرکه اولیه کلکتورهای خورشیدی سهموی برای استفاده در دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه ارومیه به عنوان یک مطالعه موردی بررسی شده است. این سیستم ترکیبی از زیرسیستم خورشیدی و سیکل ارگانیک رانکین است. این مطالعه براساس سه حالت تابش خورشیدی کم تابش، پرتابش و بدون تابش در طول یک شبانه روز شکل گرفته است. در حالت اول شار دریافتی خورشیدی در سطح پایین بوده و ذخیره سازی انرژی وجود ندارد. در حالت دوم علاوه بر راه اندازی سیکل ارگانیک رانکین توسط کلکتورها، ذخیره سازی انرژی نیز صورت می گیرد. در حالت سوم فقط از قسمت ذخیره ساز انرژی استفاده می شود. نکته مهم این مطالعه توجه به نیاز واقعی انرژی یک مکان و تحلیل مطابق با شار تابش متغیر خورشیدی است. با توجه به شرایط اقلیمی حاکم بر ساختمان مورد نظر، مقدار بار گرمایی آن 1253. 2kW محاسبه شده است. همچنین مقدار توان الکتریکی مورد نیاز آن 1500kW است. تحلیل اگزرژی اقتصادی براساس سه پارامتر مهم طراحی که عبارتند از طول روزهای یک سال میلادی، دمای ورودی پمپ ارگانیک رانکین و فشار ورودی توربین ارگانیک رانکین انجام شده است. مطابق با نتایج، در یک روز سرد مقدار هزینه بر واحد اگزرژی در سه حالت تابش خورشیدی ذکرشده به ترتیب در حدود GJ/$19، GJ/$16 و GJ/$20 به دست آمده است. همچنین بیشترین نرخ نابودی اگزرژی در کلکتورهای خورشیدی سهموی و اواپراتورهای سیکل ارگانیک رانکین اتفاق می افتد.
    کلیدواژگان: تحلیل اگزرژی اقتصادی، کلکتورهای خورشیدی سهموی، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه ارومیه، تولید گرمایش، تولید توان
  • مهدیه پورجعفری، علیرضا فتوحی* ، محمد مهدی جلیلی صفحات 429-437
    ارتعاش انواع مختلف از سازه ها مانند تیر، صفحه، پوسته و میله توسط محققان به خاطر کاربرد آنها در محدوده وسیعی از سیستم های مکانیکی بررسی شده است. ارتعاش طولی میله ها مورد توجه زیادی است به طوری که محققان به صورت عددی یا تحلیلی و دقیق یا تقریبی به آن پرداخته اند. در این تحقیق، ارتعاش آزاد طولی غیرخطی میله با سطح مقطع متغیر تحت کرنش محدود، مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا معادلات حاکم بر میله با سطح مقطع مخروطی که معادلات دیفرانسیل پاره ای غیرخطی است به دست آمد. سپس معادلات به وسیله روش گلرکین و با درنظرگرفتن یک شکل مود، به معادلات دیفرانسیل معمولی غیرخطی تبدیل شده است. مساله برای شرایط مرزی دوسرگیردار و یک سر گیردار- یک سر آزاد بررسی شده است. با استفاده از روش مقیاس های چندگانه، معادله به صورت تحلیلی حل شده است. معادله دیفرانسیل معمولی با روش عددی رانگ- کوتای مرتبه چهار هم حل شده و سپس حل تحلیلی با آن مقایسه شده است. تاثیر دامنه و آهنگ تغییر سطح مقطع بر نسبت فرکانس خطی به غیرخطی برای میله و همچنین تاثیر شرایط اولیه مختلف آهنگ تغییر سطح مقطع و ضریب میرایی با شکل نشان داده شده است. نتایج نشان داد که سطح مقطع مخروطی تاثیر قابل توجهی در نسبت فرکانس خطی به غیرخطی به دامنه ارتعاشات دارد. ضریب میرایی تاثیر کم و شرایط اولیه تاثیر قابل ملاحظه ای روی روند مساله داشته است.
    کلیدواژگان: ارتعاش غیرخطی، کرنش محدود، سطح مقطع مخروطی
  • علی اکبر واعظی، حسن جعفری* صفحات 439-445
    با توجه به نیاز صنعت برای اتصال فلزات غیرهم جنس و عدم جوش پذیری آنها به هم در روش های معمول، فرآیند جوشکاری اصطکاکی می تواند کاربرد مناسبی داشته باشد. در این تحقیق جوشکاری اصطکاکی غیرهم جنس فولاد زنگ نزن آستنیتی304 به فولاد زنگ نزن مارتنزیتی410 با پارامتر های ثابت سرعت دوران (850دور بر دقیقه) و زمان فورج (60ثانیه) و پارامتر های متغیر زمان اصطکاک (40، 50 و 60ثانیه) و نیروی اصطکاک (90، 100 و 120کیلونیوتن) و نیروی فورج (130، 150 و 180کیلونیوتن) بررسی شده است. مطالعات میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی و همچنین آنالیز عنصری روی جوش ها انجام شد. سلامتی و بی عیب بودن جوش ها توسط آزمایش کشش و میکروسختی بررسی شده و سطوح شکست هم مورد بررسی قرار گرفتند. ساختار نمونه ها شامل مارتنزیت های سوزنی و خشن در فولاد زنگ نزن 410 و دانه های کشیده در فولاد زنگ نزن 304 در فصل مشترک اتصال بودند که با طراحی یک عملیات حرارتی تمپر به صورت موضعی، مارتنزیت های خشن به مارتنزیت های لایه ای تغییر پیدا کردند. نتایج نشان داد که استحکام کششی نمونه ها در محدوده 520 - 400مگاپاسکال بود و شکست ترد مشاهده شد. نتایج سختی سنجی نشان داد که بالاترین سختی در فولاد زنگ نزن 410 در منطقه متاثر از حرارت و نزدیک به فصل مشترک ایجاد می شود. استحکام کششی مطلوب 751مگاپاسکال با انتخاب پارامترهای بهینه زمان اصطکاک 50ثانیه، نیروی اصطکاک 120کیلونیوتن و نیروی فورج 180کیلونیوتن و انجام عملیات حرارتی تمپر در موضع جوش پس از جوشکاری به دست آمد.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی، اتصال غیر هم جنس، فولاد زنگ نزن، ریزساختار، استحکام کششی
  • مصطفی گرشاسبی، محمد مهدی جعفری، حمید پرهیزکار * صفحات 447-456
    امروزه بررسی اثرات سه بعدی جریان در نزدیکی ناحیه نوک تیغه و بال در صنایع توربوماشینی همچون روتور هلیکوپترها، توربین سازی ها و همچنین بهینه سازی بال در صنایع هواپیمایی برای داشتن پروازی ایمن همراه با قابلیت مانورپذیری بالا از مباحث مورد توجه صنایع فعال در این حوزه است. پدیده واماندگی را می توان به عنوان پدیده تاثیرگذار در این حوزه دانست. در تحقیق حاضر کنترل جدایش جریان توسط مولد گردابه روی بال یک پهپاد تهاجمی رادارگریز شامل ایرفویل Naca64a210 با زاویه پیچش 5درجه در نوک بال و بال های یکپارچه و متصل به بدنه با زاویه پسگرایی 47درجه در رژیم جریان مادون صوت بررسی شده است. حل در جریان آشفته با روش kw-sst برای زوایای حمله در محدوده 5 تا 20درجه و سرعت های 30 و 60متر بر ثانیه انجام شده است. نتایج نشان از تطابق مناسب با نتایج عددی و تجربی دارد، به طوری که منحنی های توزیع فشار نشان دهنده رشد فشار در نواحی استقرار مولد گردابه و همین طور نواحی نزدیک به نوک بال هستند که منجر به باقی ماندن جریان روی سطح جسم در این نواحی می شود. بنابراین با بررسی نمودارهای گشتاور پیچشی و کانتورهای سرعت، جدایش جریان از زاویه حمله 15 به 20درجه به تاخیر افتاده است و همچنین توانایی قابلیت کنترل جدایش جریان همراه با رشد سرعت نیز رقم خورده است.
    کلیدواژگان: واماندگی کنترل جدایش جریان مولد گردابه پهپاد تهاجمی
  • علی حسینی مقدم امامی، یوسف یاسی *، امیرفرهاد نجفی، سیداحمد نوربخش صفحات 457-466
    هیدرواسکرو یک میکروتوربین آبی کوچک است. با افزایش درخواست برای تولید انرژی های پاک، پروژه جامعی در سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران برای طراحی و ساخت توربین های آبی مایکرو تدوین شده است که هیدرواسکرو از جمله آنهاست. هیدرواسکرو توربینی است مناسب برای ارتفاع و مقدار جریان کم که فاقد پره راهنما، پره های ثابت و مسیر هدایت کننده ورودی است و به همین دلیل، ساده، کوچک، ارزان و قابل حمل با دست است. این توربین با قطر پره 15سانتی متر تا 2کیلووات توان تولید می کند. پره های هیدرواسکرو الهام گرفته از توربین ارشمیدس است با این تفاوت که گام آن متغیر است و به صورت افقی نصب می شود. در این پروژه ابتدا اثرات تغییر گام متغیر پره به صورت عددی بررسی شده و براساس نتایج حاصله مشخص شده است که توربین با ضریب گام مارپیچ 1/5 بهترین عملکرد را دارد. بر همین اساس مدل کوچک این توربین در آزمایشگاه ساخته و آزمایش شده است. نتایج حاصل از این پژوهش در قالب منحنی های استاندارد عملکرد توربین ارایه شده و دقت نتایج با مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی اثبات شده است. نتایج حاصل گویای صحت کامل محاسبات عددی بوده و لذا از آنها می توان در راستای مطالعات بعدی توربین با اطمینان خاطر بهره جست. نتایج به دست آمده گویای بازده بیشینه توربین بین 62% تا 68% هستند.
    کلیدواژگان: گام متغیر اسکرو ارتفاع کم ارشمیدس
  • مجید جباری * صفحات 467-474
    ارتعاشات سازه یک منبع مهم برای برداشت انرژی است که می تواند با تحریک هارمونیک حاصل شود. رفتار سازه پیزوالکتریک با جفت شدگی بین پارامترهای الکتریکی و مکانیکی مدل می شود. این مدل می تواند به صورت تیر انعطاف پذیری باشد که در آن کرنش های بزرگ ایجاد می شود. کرنش ها و تغییر شکل چرخشی بزرگ در رفتار سازه غیرخطی باعث می شود که نتایج حاصل از تئوری خطی مناسب و قابل قبول نباشند و در این حالت باید از تئوری غیرخطی استفاده شود. برای حل معادلات حرکت و کوپل بین معادلات از روش نیومارک استفاده می شود. با درنظرگرفتن نوع میرایی تناسبی اثر سختی غیرخطی نیز در محاسبه میرایی اعمال شود. در این تحقیق، راستی آزمایی نتایج روش عددی اجزا محدود با روش تجربی برای بررسی پاسخ تیر نمونه غیرخطی پیزوالکتریک با تحریک هارمونیک ارایه می شود. برای بررسی نتایج در روش عددی، برنامه اجزای محدود توسعه داده شده و پاسخ الکتریکی تیر غیرخطی پیزوالکتریک حاصل می شود. اجرای آزمایش روی تیر پیزوالکتریک دوشکلی با وجود جرم متمرکز و جابه جایی آن در طول تیر تحت تحریک بار هارمونیک و مقایسه نتایج عددی با نتایج آزمایش صورت می گیرد. نتایج حاصله تاثیر خصوصیت پیزوالکتریک در پاسخ فرکانسی تیر غیرخطی و اثر موقعیت جرم متمرکز در ولتاژ خروجی را نشان داده و مناسب ترین حالت موقعیت جرم متمرکز برای حصول بیشترین پاسخ ولتاژ ارایه می شود.
    کلیدواژگان: پیزوالکتریک تیر غیرخطی تحریک هارمونیک جرم متمرکز
  • حامد پورهاشم، علی جمالی *، نادر نریمان زاده صفحات 475-482
    شبکه های فازی- عصبی به دلیل کاربرد گسترده ای که در مدل سازی فرآیندهای پیچیده براساس داده های آزمایشگاهی دارند مورد توجه محققین قرار گرفته اند. در سیسم استنتاج فازی- عصبی هدف کاهش خطای پیش بینی سیستم نسبت به داده های اصلی است. تنظیم پارامترهای شبکه فازی- عصبی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است و بر عملکرد آن تاثیرگذار می گذارد. برای این منظور الگوریتم بهینه سازی جدیدی مبتنی بر ترکیب دو روش بهینه سازی تکامل تفاضلی و تجمعی ذره ارایه شده است. در این الگوریتم ضرایب سرعت عملگرها با استفاده از منطق فازی به صورت دینامیکی محاسبه می شوند. این ضرایب با توجه به شماره نسل و واریانس ذرات تنظیم می شوند. در الگوریتم پیشنهادی سعی شده است که در محل های کم جمعیت تر فضای جست وجو بیشتر کاوش شود و از گیرافتادن الگوریتم در نقاط بهینه محلی جلوگیری شود. در ادامه با بهینه سازی سه تابع معیار نتایج حاصل از الگوریتم تکامل تفاضلی و تجمعی ذرات و روش پیشنهادی با هم مقایسه می شوند و عملکرد قابل قبول الگوریتم ارایه شده، قابل لمس است. در انتها شبکه فازی- عصبی برای پیش بینی سری زمانی تابع مکی- گلاس تعریف شده است که با استفاده از الگوریتم ارایه شده و الگوریتم های تکامل تفاضلی و تجمعی ذره، توابع تعلق مربوط به ورودی و خروجی شبکه فازی- عصبی به صورت دوهدفه بهینه می شوند و نمودار پارتو به دست آمده از این روش ها با هم مقایسه می شوند که نشان دهنده عملکرد بهتر الگوریتم پیشنهادی است.
    کلیدواژگان: بهینه سازی تجمعی ذره تکامل تفاضلی منطق فازی شبکه فازیعصبی
  • سیدمصطفی زارعی، مصطفی جمشیدیان *، شاهرخ سپهری رهنما، سعید ضیایی راد صفحات 483-490
    آکوستوفلویدیک، به معنی مطالعه آکوستیک در سیستم های میکروفلویدیک، بستر تجزیه و تحلیل بسیاری از کاربردهای آزمایشگاهی از جمله جداسازی ذرات، دسته بندی ذرات، تمیزکاری و اختلاط سیستم های چندفازی است. در پژوهش حاضر، یک مدل سه بعدی اجزای محدود برای شبیه سازی حرکت ذرات تحت اثر نیروی تابشی آکوستیکی در میکروکانال های آکوستیکی توسعه داده شده و اندرکنش یک ذره معلق با موج رخداد در میکروکانال بررسی شده است. با استفاده از روش اجزای محدود ابتدا میدان های مرتبه اول ناشی از اعمال موج ایستا محاسبه شده و سپس نیروی تابشی آکوستیکی توسط معادلات اغتشاشی مرتبه دوم به صورت مستقیم محاسبه شده است. نتایج شبیه سازی برای نیروی تابشی آکوستیکی ابتدا در مقایسه با حل تحلیلی در محدوده ریلی صحت سنجی شده و سپس برای خارج از این محدوده که حل تحلیلی صریحی برای آن موجود نیست بررسی شده است. علاوه بر این، حرکت شبه استاتیکی ذره تحت اثر موج آکوستیکی اعمالی در میکروکانال شبیه سازی شده است. برای شبیه سازی حرکت ذره، تنش آکوستیکی روی سطح ذره محاسبه شده و به عنوان ورودی به معادلات جریان آرام منتقل می شود. سپس نیروی درگ براساس تنش برشی ناشی از جریان حول ذره برآورد شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که سرعت ذره به موقعیت آن نسبت به گره موج در مرکز میکروکانال بستگی دارد. با نزدیک شدن ذره به مرکز میکروکانال سرعت آن کاهش یافته تا جایی که در مرکز میکروکانال متوقف می شود.
    کلیدواژگان: آکوستوفلویدیک نیروی تابشی آکوستیکی روش اجزا محدود میکروکانال
  • امید محمدپور *، رضا احمدی صفحات 491-504
    در این مقاله، قانون کنترل گسسته مقاومی با روش کنترل تاخیر زمانی برای یک ربات سیار همه جهته در حضور نامعینی های سیستم ارایه می شود. اگرچه روش کنترل تاخیر زمانی به دلیل سادگی ساختار مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است اما عمده این تحقیقات با فرض کنترل تاخیر زمانی پیوسته و زمان تاخیر بی نهایت کوچک انجام شده که با ماهیت فیزیکی دستگاه های دیجیتال به عنوان ابزار پیاده سازی کنترلرهای تاخیر زمانی که زمان نمونه برداری مشخص و محدودی دارند در تناقض است. همچنین گسسته سازی سیستم های پیوسته عمدتا با روش تخمین اویلر انجام شده که برای مقادیر بسیار کوچک زمان نمونه برداری دارای دقت کافی است. لذا در این مقاله پس از مدل سازی ربات با درنظرگرفتن دینامیک موتورهای ربات روش جدیدی برای گسسته سازی دقیق تر سیستم های پیوسته غیرخطی ارایه شده و سپس یک قانون کنترل گسسته مقاوم با استفاده از روش بازگشت به عقب در سطح ولتاژ موتورهای ربات طراحی می شود. در طراحی قانون کنترل از یک روش جدید مود لغزش تطبیقی برای غلبه بر نامعینی های سیستم استفاده شده و پایداری سیستم حلقه بسته در همگرایی خطا به یک همسایگی دلخواه صفر اثبات می شود. کنترلر پیشنهادی در حوزه گسسته بدون نیاز به معلوم بودن کران نامعینی های سیستم طراحی شده و نتایج شبیه سازی ها نشان دهنده عملکرد مطلوب کنترلر در ردیابی مسیر مرجع هستند.
    کلیدواژگان: کنترل گسسته مود لغزشی تطبیقی کنترل تاخیر زمانی ربات سیار همه جهته
  • داود رحمت آبادی، علی شاه میرزالو، محمدرضا فراهانی *، رامین هاشمی صفحات 505-513
    فرآیند پیوند سردنوردی، یک فرآیند جوشکاری حالت جامد برای اتصال فلزات هم جنس و غیرهم جنس است. استفاده از مواد تولیدشده به روش پیوندنوردی برای کاربردهای مختلف و پیش بینی رفتار آنها در نرم افزارهای شبیه سازی نیازمند شناسایی کامل و دقیق خواص مکانیکی ماده است. همبستگی تصاویر دیجیتالی یک روش قدرتمند و غیرتماسی برای اندازه گیری میدان تغییرشکل ماده است. اخیرا روش همبستگی تصاویر دیجیتال توسعه یافته و به طور گسترده در تحقیقات مختلف استفاده می شود. در این تحقیق، ورق دولایه آلومینیوم آلیاژی 1050 با استفاده از روش پیوندنوردی با اعمال کاهش ضخامت 50% در دمای محیط تولید و سپس از روش همبستگی تصویر دیجیتال دوبعدی برای به دست آوردن توزیع کامل میدان کرنش طی آزمون کشش تک محوره در جهت نورد استفاده شد. کرنش در دو جهت طول و عرض با روش همبستگی تصاویر دیجیتال و کرنش در راستای ضخامت، کرنش موثر و ضریب ناهمسانگردی با استفاده از روابط پلاستیسیته محاسبه شد. علاوه بر این برای اولین بار با استفاده از روش میدان مجازی، ثوابت الاستیک و پلاستیک نظیر مدول الاستیسیته، نسبت پواسون، ضریب استحکام، توان کارسختی و تنش تسلیم محاسبه شد. نتایج نشان داد که به دلیل کارسختی و افزایش چگالی نابه جایی مقدار استحکام و میکروسختی شدیدا افزایش و ازدیاد طول و توان کارسختی کاهش یافت. استحکام برای آلومیینوم دولایه به MPa113 رسید که نسبت به آلومینیوم اولیه بیش از سه برابر بهبود یافته است. همچنین تغییرات پارامترهای الاستیک بسیار اندک بوده و مدول الاستیسیته برای آلومینیوم اولیه و دولایه، به ترتیب GPa70 و 69/3 به دست آمد.
    کلیدواژگان: فرآیند پیوند نورد روش همبستگی تصاویر دیجیتال خواص الاستیک و پلاستیک
|
  • A. Nikpourian , M.R. Ghazavi* Pages 247-258
    Nonlinear behavior of an initially curved fully clamped microbeam is investigated in this paper. The microbeam is laminated between two thin piezoelectric layers along its length. Applying voltage to the piezoelectric layers induces a lengthwise force in the microbeam which, in turn, changes the initial rise and the bending stiffness of the microbeam. This feature is used to tune the frequency and the bistability band of the initially curved microbeam for the first time in this paper. The microbeam is electrostatically actuated as well. The governing equation of motion is obtained, using the Hamilton’s principle and the size effect is considered in the formulation of the problem utilizing the strain gradient theory. Static response of the system is obtained, using the Newton-Raphson numerical approach. The natural frequency of the system is obtained for various electrostatic voltages. The influence of piezoelectric actuation and size effect is studied on the static behavior and the frequency of the microbeam. Dynamic response of the microbeam in the vicinity of the primary resonance is obtained, using shooting technique and in some cases by the method of multiple scales. The effect of size and piezoelectric excitation on the primary resonance is investigated. The secondary resonance of the microbeam subjected to subharmonic resonance of order 1/2 and the influence of size on it is also studied.
    Keywords: Initially curved microbeam| piezoelectric layers| Strain gradient theory| primary resonance| secondary resonance
  • H. Roohi , H. Deilami Azodi*, M. Safari Pages 259-268
    Incremental sheet forming is one of the novel processes which is used for rapid prototyping and manufacturing of parts with complex geometries. Forming limit of sheet metal in this process is high compared to other conventional forming processes. In this paper, warm single-point incremental forming process through uniform heating to sheet along with tool heating is studied experimentally and numerically. Formability of sheet is investigated in various process condition based on the straight groove test in experimental approach and numerical simulation using finite element method. Tool heating along with uniform heating to sheet makes tool and sheet isothermal, reduces the heat loss in deformation zone and improves the deformation process. So, attainment of high forming limit is made possible. Comparison of forming limit diagrams obtained from experimental and numerical approaches shows a good agreement between the results. Effects of temperature and feed rate on the forming limit of aluminum 1050 sheet are investigated. Results show that increasing the temperature improves the formability of sheet significantly; but, the temperature is more influential on forming limit in low feed rates. Increasing the feed rate reduces the forming limit slightly; this effect is more evident in higher temperatures.
    Keywords: Warm Single Point Incremental Forming Formability Forming Limit Diagram Straight Groove Test Finite Element Simulation
  • M. Honarpisheh*, M.H. Tavajjohi , F. Nazari Pages 269-280
    The Constrained Groove Pressing (CGP) process is one of the most effective and newest methods of the severe plastic deformation for production ultrafine-grain metal sheets. In this research, the effect of CGP on the microstructure and mechanical properties of pure copper sheets was investigated. In order to study the microstructure of the samples, the optical microscopy was used, and tensile and Vickers micro-hardness tests were utilized for the evaluation of the mechanical properties. Investigating the microstructure of CGPed sheets determined that the CGP process has caused intense grain refinement, especially at first pass. Also, the results of mechanical properties showed that this process has considerably increased strength and hardness of the copper samples. In the numerical investigation of constrained groove pressing, effective strain and forming force were evaluated, using finite element simulation and the results indicated that with increasing number of CGP passes, effective strain, and forming force increase. Also, distribution of effective strain illustrated that the center of samples are under more effective strain that causes increasing hardness inside the samples be more than increasing hardness of the surface. Finally, a method was presented for estimating the yield strength of material, using the hardness values, and it could calculate the yield stress in different passes of process with an acceptable error of 6%.
    Keywords: Ultrafine-grained structure Constrained Groove Pressing Microstructure Mechanical Properties Finite Element Method
  • P. Naeemi Amini , B. Moetakef Imani* Pages 281-291
    Machining vibration is one of the most important constraints on productivity. This vibration may cause increase in machining costs, lower accuracy of products, and decrease tool life. Active control is one of the conventional methods for dealing with vibration in machining, but designing an optimized controller for machining process due to unknown parameters in the system is challenging. DVF control method with low computational costs and high capability in increasing the performance of the cutting tool is an effective method, but due to increasing in actuator control input, it can cause actuator saturation; thus, it is not an efficient control method. The aim of this research is implementation of a nonlinear fractional PID controller for increasing effectiveness and improving performance of active vibration control on a boring bar. The results of impact control tests indicate that nonlinear PID control algorithm has good performance in reducing vibrations and increasing the damping of the structure. Using the controller performance criteria, the optimal fractional can be chosen for the nonlinear PID controller, which in addition to increasing the damping of the tool, can reduce the power consumption and, thus, prevent the actuator saturation. The results of the cutting tests also show that the nonlinear PID controller reduces control voltage and actuator power with respect to the DVF controller, which results in improving the boundaries of stable machining. Moreover, during impacts in machining process, such as the initial engagement of the tool, the proposed controller results in a significant reduction in the control voltage peak
    Keywords: Active vibration control| chatter| internal turning| nonlinear fractional controller| actuator saturation
  • H.R. Jashnani*, M.R. Rahimi , A. Karimzadeh , M. Ettelaei Pages 293-302
    The properties such as weak wear resistance and low hardness of aluminum alloys have limited their use in various industries. In this research, it has been attempted to improve the mechanical and tribological properties of these materials by deposition of nickel-phosphorous-alumina functionally graded coating. Functionally graded coatings have been produced by a gradual change in the chemical composition and content of the nanoparticle, using continuous change in pulse parameters such as duty cycle and frequency during the coating process. So, the effect of the duty cycle and frequency has been investigated. Two types of coatings have been created with a gradual decrease in the duty cycle of 90% to 30% and a pulse frequency of 50 to 500 Hz. The result shows that the effect of frequency on the amount of phosphorus and nanoparticles is negligible, and it has mainly affected on grain size. However, in nanocomposite coats, the gradual decrease of duty cycle has led to an increase in the amount of phosphorus (5.3% to 15.5 wt. %) and alumina nanoparticles (0.7% to 2.6 wt. %) from the substrate to the top surface. With the gradual changes in chemical and microstructure, the adhesion of the coating to the substrate has improved. The results of micro-hardness have also shown that the creation of functionally graded coatings using duty cycle variation has a higher hardness than the one produced by frequency changing. Also, based on the results of the pin test on a disk against abrasive steel 52100, the wear resistance of functionally graded coatings has improved compared to single-layer coatings.
    Keywords: Electrodeposition| nickel-phosphorus| duty cycle| pulse
  • MM. Dastjerdi , A. Fallah*, S. Rashidi Pages 303-315
    Mechanical variables and properties of soft tissues, such as strain and Young’s modulus, are estimated by dint of novel methods known as Elastography, for instance, with the aim of improving medical diagnoses, especially the noninvasive detection and classification of tumors. In elastography approach, local mechanical properties of tissues are estimated from their responses to static or dynamic excitations, which are being recorded using conventional medical imaging machines. In the most elastography techniques, for example, strain (static) elastography, displacement fields are generally extracted from the recorded data such as ultrasound images and signals. The profits of cross correlation algorithm, for instance, high precision, accuracy, and resolution, have made it the most prevalent method for estimating strain field in the tissue from the recorded ultrasound signals and images. The benefits of cross correlation method outweigh its defect in the fast computation of displacement and strain field. In this paper, some strategies, specifically the guided search, have been manipulated to improve the speed of algorithm, without decreasing its accuracy. In order to evaluate the proposed stratagem, the ultrasound signals, which had been captured while a cancerous liver was compressing, have been utilized. The average differences between the axial displacement and strain fields estimated by applying the enhanced cross correlation method (calculated in less than 30s) and the analytic minimization technique have been computed 0.22sample and 0.21×10-2. Minor disparities between the two sets of displacement and strain field estimated utilizing the aforementioned techniques validate the accuracy of results of the enhanced cross correlation method.
    Keywords: Elastography Strain Estimation Displacement Estimation Cross Correlation Ultrasound Images
  • H. Gholami , R. Kouhikamali*, N. Sharifi Pages 317-326
    In this study, using volume of fluid method in open source software OpenFOAM, the phenomenon of evaporation in the porous medium was analyzed. At the beginning of the solution, the system consists of a water phase and a porous copper environment. In the next steps of numerical simulation and as a result of partial evaporation of water, the vapor phase appears as the second fluid phase. Water and vapor are assumed to be incompressible and incompatible, and the phenomenon of evaporation occurs unevenly. The interface between phases is modeled by the VOF method and the Lee model has been used to mass transfer between two phases of water and vapor. For surface tension between phases, the continuous surface force (CSF) method was considered. The comparison of simulation results with experimental results showed that the combined solver of porous medium evaporation would well estimate the rate of evaporation at different sections of the channel. In addition, the results of the wall temperature indicate that the channel is divided into two zones of heating and evaporation. In the region of heating, the temperature increases linearly with the channel length to reach saturation temperature. After the point of saturation, the wall temperature first remains constant and eventually forms an oscillatory shape, in which locally there are temperature jumps. The evaporated flow rate also increases at high intensity first, but in the end regions of the porous channel, its growth rate is slow.
    Keywords: Evaporation| Porous medium| Vertical Channel| volume of fluid method| OpenFOAM software
  • Mohammad, ali Rezaei , H. Naffakh, Moosavy* Pages 327-334
    Inconel 718 is precipitation strengthened Ni-base superalloy that is strengthened by “γ″ precipitate with the Ni3Nb chemical composition, is widely used for medium and high temperature applications in many industries. The aim of this study is to evaluate the effects of pre-cold treatment on microstructure, geometry of weld, Weldability, and mechanism of HAZ liquation cracking in Inconel 718 superalloy by Nd:YAG pulsed laser welding. Microstructure was investigated, using optical microscope and scanning electron microscope and hardness test was used to investigate mechanical properties. The results of numerical calculations using Rosental relation showed that the length of different welding regions including Mushy Zone (MZ), Partially Melted Zone (PMZ), and Heat Affected Zone (HAZ) decreased by 46%, 46%, and 56%, respectively. The experimental calculations also indicated that the length of PMZ and HAZ, as well as the HAZ area decreased by 2.1, 2.5, and 2.5 times, respectively. Considering that grain boundary liquation was observed in all samples, the possible mechanism for HAZ liquation cracking is constitutional liquation of Nb-rich carbides and delta precipitates that encourages the formation of liquid films in the grain boundaries and causes HAZ liquation cracking in this region. Also, the hardness profile indicates that the hardness of the weld metal increased by using pre-cold conditions.
    Keywords: Inconel 718 Nd:YAG pulsed laser HAZ liquation cracking Weldability
  • M. Abdolalipouradl , Sh. Khalilarya*, S. Jafarmadar Pages 335-346
    In northwestern Iran, two wells with different temperature and pressure conditions have been exploited in Sabalan region. According to the thermodynamic properties of wells, the combined cycle (flash combined cycle with transcritical CO2 and Kalina 11) is proposed for Sabalan geothermal. In the Kalina 11 and transcritical CO2 heat exchangers, in which the fluid temperature is rising, there is a different temperature variation gradient, therefore, a new method is proposed for the determination of pinch point and other thermodynamic properties. The effects of the Kalina high pressure, amoina concentration, transcritical CO2 cycle pressure ratio, pinch points temperature difference and separators’ pressure on the thermal and exergy efficiencies of the proposed combined cycle were studied, Finally the proposed combined cycle was optimized thermodynamically using the EES (Engineering Equation Solver) software. Based on identical operation conditions, the net power of the combined cycle is 20046 kW, the thermal efficiency is 17.15%, the rate of exergy destructions is 8259 kW and the exergy efficiency is 65.74%. It was found that the net power output, the thermal and exergy efficiencies of combined cycle are about 17.55%, 17.55% and 18.35% higher than the previously proposed system.
    Keywords: Thermodynamic analysis| Sabalan Geothermal Power Plant| Kalina 11| Transcritical CO2 Cycle
  • F. Rashidi*, H. Rashidi Pages 347-362
    In this paper, using a thermodynamic rules, a multigeneration energy system with an initial stimulus of microturbine has been modeled. Then, using the concept of exergy and applying economic and environmental functions, exergy efficiency and total cost rate are calculated as two objective functions. Due to the contradiction of the objective functions, a multiobjective firefly algorithm is used to optimize the system. To accelerate the process of optimization and to prevent algorithm capture in local optimizations, new algorithms have been added to the innovative algorithm. The result of applying the algorithm on the multigeneration energy system will result in a set of Pareto-optimal solutions, indicating the compromise between the target functions. A fuzzy decision making based on max-min approach is used to select the desired solution between the Pareto-optimal solutions. In order to evaluate the efficiency of the proposed optimization algorithm, the results of this algorithm are compared with two particle swarm optimization algorithms and multi-objective genetic algorithm. Based on the results of system optimization, the exergy efficiency can increase up to 69%. Also, considering the total cost rate of the system as the only target function, this can be reduced to 572$/h
    Keywords: Exergy-economic analysis| multiobjective optimization| microturbine| multigeneration energy system| Firefly optimization‌ ‌algorithm
  • M. Gholinia , M. Pourfallah*, H.R. Chamani Pages 363-373
    The heat transfer from walls has a significant role in the correct estimation of temperature distribution in order to investigate the thermal stresses and low cycle fatigue in the engine liner. Therefore, it is necessary to investigate the details of the flow and heat transfer over a wide range of engine operation in the design and exact simulation of the cooling jacket. An efficient approach to study the cooling system is to simulate using Computational Fluid Dynamics (CFD) as a three-dimensional model by simultaneously solving the structure and fluid, which leads to accurate prediction of wall temperature and heat flux. In the present paper, the distribution of heat transfer coefficients (HTC) in the cooling jacket of a 16-cylinder heavy-duty diesel engine has been calculated, using ANSYS/Fluent based on 3D-CFD method. Also, equations of subcooled boiling phenomenon have been solved based on two commonly used patterns of Chen and BDL, and the effects of fluid pressure, velocity, and temperature at the time of the phenomenon of boiling on the heat transfer of cooling jacket wall have been studied. The results indicate that the best condition for a cooling jacket is when the coolant flow in critical heat points reaches to a velocity so that subcooled nucleate boiling occurs.
    Keywords: Heavy Duty Diesel Engine| Cooling jacket| Numerical Simulation| Heat Transfer| sub-cooled nucleate boiling
  • M.M. Sheikhi*, A. Hadi , M. Ghasemi Varzaneh Pages 375-386
    Spherical joints are specifically used in many robotic systems, including various industrial and medical applications, especially in non-structured environments. Modular robotic systems are the appropriate solution for use in these environments; So that the configuration of the robots can change quick and easy by link or separate different modules. Flexibility of modules, enough degrees of freedom, capability to stabilize the position of the module and rigidity to maintain strength and stiffness of modular robot during mission are the most important features of a modular robot. Shape memory alloys are suitable actuators for use in robotic modules, which a tiny, lightweight, and without noise system is achieved by using them. In this paper, a mechanism with two degrees of freedom has been created by placing three memory shape alloys springs in the structure of a flexible joint module. Also, with the installation of an electromagnetic system in the joint, it is possible to stabilize its position when necessary. The developed module, in addition to its high flexibility, can maintain its position when needed and increase the strength of the robotic arm. In this research, the design of the module has been presented and kinematic and force analysis has been investigated.
    Keywords: Jointed module Shape memory alloy Strength Position stabilization
  • K. Osouli, Bostanabad , A. Tutunchi*, M. Eskandarzade , A. Kianvash Pages 387-396
    Incidence of breaks and leakages in fluid transportation pipes is a common issue in Iran. Depending on the type of pipes and environmental conditions, the breaks in the pipes may be caused by different factors, including mechanical damages, internal or external corrosions, failures, or applied stresses. In the repair of damaged pipes, there are several strategies for rebuilding and implementing the pipeline, most of which are replacing the entire exhausted pipe, using weld clamps and using composite patches. In recent years, the use of composite patches has been accepted as a low-cost, permanent, and standard method for different pipe sections with the least interruption in transportation. In the present study, the boding strength of glass fibers-reinforced epoxy composite patches on a structural steel substrate were investigated and optimal conditions of achieving enhanced adhesion strength of composite patches on the steel substrate were determined, using the Tagochi method at various curing temperatures and times. In this regard, the tensile and shear strength of epoxy, cyanoacrylate, and methacrylate-based glues as three kinds of appropriate polymers for bonding the epoxy composite on the steel substrates were tested. The mechanical strength measurements and fractured interfaces evaluations using a scanning electron microscopy (SEM) revealed that the methacrylate-based glue has the better adhesion strength to the steel substrate.
    Keywords: Repair of damaged water pipelines| Fiber reinforced epoxy composite patches| Optimization of adhesion| Methacrylate based glues| Mechanical strength
  • M. Zhaleh Rafati , A. Javadi , M. Taheri Nejad , S.F. Chini* Pages 397-405
    Controlling the gas turbine emissions has led the manufacturers to use new technologies. Nitrogen oxides (NOx) are one of the major pollutants of gas turbines with natural gas as fuel. Thermal NOx is the main cause of NOx formation in gas turbines at high temperatures. So, water injection can be useful in reducing the NOx emission. In addition to NOx reduction, water injection causes an increase in carbon monoxide emission and damage to combustion chamber. Therefore, it is desirable to find the optimum amount of water injected to the combustion chamber to meet the regulations. To find the optimal water mass flow rate, we numerically investigated the combustion inside the chamber for full load and part load before and after water injection. Then, the effect of water injection at different flow rates was studied to obtain optimal water flow rate. The results showed that for the full load, the optimal water flow rate was 100% of the fuel flow rate and the upstream pressure of the feed water system was 24.45 bar. For the part load (fuel flow rate equals to 75% of the full load), the optimum water injection rate is 80% of the fuel flow rate. In this case, the pressure required for water injection is about 16.5 bar. Results also show that the change in water temperature in the range of 10-80˚C has no significant effect on NOx formation and water can be injected at the ambient temperature.
    Keywords: Gas turbine| Nitrogen oxide| NOx| Water injection| Temperature of combustion chamber
  • S.H. Heidary , J. Farhat , B. Beigzadeh* Pages 407-414
    New users such as pedestrians are added to navigation systems with developing lightweight, portable, low-cost technologies. The pedestrian navigation systems are currently applied in miscellaneous fields including medicine, sport, military services, animation, robotics, etc. This amount of use has attracted the attention of many scholars over the last few decades. In this paper, the paths of a firefighter, as a pedestrian, was estimated approximately by the help of an inertial measurement unit (IMU) and acceleration sensors. To reduce the measured errors and noises by the sensor, zero velocity update (ZUPT) method and Kalman filter are exploited in a pedestrian navigation system. Due to the fact that the error in blind navigation is divergent over time if the filter is not used, the use of conventional accelerometer sensors cannot produce a satisfactory result.
    Keywords: Navigation systems| Pedestrian| Gyro sensors|
  • M. Abdollahi Haghghi , S.M. Pesteei*, A. Chitsaz Khoyi Pages 415-427
    In this paper, a study from the perspective of exergy and cost in the framework of exergoeconomic analysis of a heating and power generation system with parabolic trough solar collectors was carried out as a case study to be used at the engineering faculty of Urmia University. The system consists of a solar subsystem with an Organic Rankine Cycle (ORC). This study is based on three different solar radiation modes during a day, including solar mode, solar and storage mode, and storage mode. In the first mode, the solar flux is at a low level and there is no energy storage. In the second mode, there is energy storage in addition to running the ORC by collectors. In the third mode, only storage tank is used. Paying attention to the actual energy demand of the location and the analysis according to the variable solar radiation are the important points of this study. Due to the weather conditions prevailing on the building, its heating load is 1253.2kW. Also, the electric power required is about 1500kW. Exergoeconomic analysis is based on three important design parameters, including the number of the day through the year, ORC pump input temperature, and ORC turbine inlet pressure examined. The results indicate that in a cold day, the cost per unit of exergy in the three mentioned modes are about 19$/GJ, 16$/GJ, and 20$/GJ, respectively. Also, the highest exergy destruction rate occurs in parabolic trough solar collectors and ORC evaporators.
    Keywords: Exergoeconomic analysis Parabolic trough solar collectors Engineering faculty of Urmia University Heating generation Power generation
  • M. Pourjafari , A.R. Fotuhi*, M.M. Jalili Pages 429-437
    Vibration of various types of structures such as beam, plate, shell, and rod have been investigated by researchers for their application in a wide range of mechanical systems. The longitudinal vibration of the rods is of great interest, so that the researchers have performed them numerically or analytically and precise or approximate. In this research, the nonlinear longitudinal free vibration of rod with variable cross-section under finite strain has been investigated. First, the governing equations of the rod with variable cross-section were obtained, which are partial differential equations; then, they were transformed to nonlinear ordinary differential equations, using the Galerkin method with considering one mode shape. The problem was investigated for two boundary conditions. Using the multiple scales method, the equations were analytically solved. The differential equations are solved by Runge-Kutta numerical method of order 4, and then compared with the analytical solutions. The effect of the amplitude and rate of changing cross-section on the ratio of linear to nonlinear frequency and also the effect of different initial condition, rate of changing cross-section and coefficient of damper were shown in figure. The results show that the tapered cross-sectional area has a significant effect on the ratio of linear to nonlinear frequency to vibrations amplitude. The coefficient of damper has a little effect and initial condition has a considerable effect on the process of problem.
    Keywords: Nonlinear vibrations|Finite strain|Tapered cross-section
  • A.A. Vaezi , H. Jafari* Pages 439-445
    With regard to the industry demand for welding dissimilar metals, which are not possible to be welded by conventional welding, friction welding process can be a proper approach. In this study, friction welding of two stainless steels, martensitic 410 to austenitic 304, with variable parameters of friction time (40, 50, and 40 s), friction force (90, 100, and 120 kN), and forging force (130, 150, and 180 kN), under the constant rotating speed (850 RPM) and forge time (60 s), was investigated. Microscopic characterization using optical and scanning electron microscopes, and elemental analysis using energy dispersive X-ray spectroscopy were carried out on the welds. Soundness of the weld joints was evaluated using tensile and microhardness tests. Fracture surfaces of the tensile specimens were examined as well. The structure of the welded samples composed of acicular and rough martensite and elongated grains adjacent to 410 and 304 stainless steels, respectively. Tempering heat treatment locally caused converting rough martensite to lath martensite. The results showed that the tensile strength of the samples was in the range of 400-520 MPa, and the fractography revealed the occurrence of a brittle fracture. Microhardness measurement revealed that the highest hardness value was obtained in 410 stainless steel, at the heat-affected zone close to the interface. An appropriate friction weld joint with a tensile strength of 751 MPa was obtained after heat treatment of the weld location, and with the aid of selecting optimal parameters of 50 s friction time, 120 kN friction force, 180 kN forging force.
    Keywords: Friction welding, Stainless steel Microstructure, Dissimilar joint, Tensile strength
  • M. Garshasbi , M.M. Jafari , H. Parhizkar * Pages 447-456
    Today, the effects of three-dimensional flow near the blade and wing tip in the turbomachinery industry, such as rotor helicopters, turbine, as well as wings optimization in the airline industry, for safe flight with high maneuverability, are the focus of the industry in this area. Stall can be considered an influential phenomenon in this field. In the present study, the flow separation control was investigated by a vortex generator on a wing of a radar invader UAV, including a Naca64a210 airfoil with a 5° washout angle at the wing tip and integrated wings and attached to the body with a 47° sweep angle in the subsonic flow. The turbulent flow was solved by the kw-sst method for attack angles ranging from 5-20° and speeds of 30 and 60 m/sec. The results show a good fit with numerical and experimental results so that the pressure distribution curves indicate the growth of pressure in the vortex generating regions and also the areas near the tip of the wing, which results in the flow remain in the wing surface in these areas. Therefore, by examining the pitching moment and velocity contours, it can be seen that the flow separation from the 15° angle of attack, has been delayed to 20°, and also the ability to control the separation of flow along with the growth of velocities has been achieved.
    Keywords: Stall Flow separation vortex generator UCAV
  • A. Hosseini Moghadam Omami , Y. Yassi *, A.F. Najafi , A. Nourbakhsh Pages 457-466
    Hydro screw is a small micro-hydro turbine. Due to increase in demand for clean energy production, a comprehensive project at the Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST) for the design and construction of very small turbines (micro-turbines), including hydro screw, has been developed. Hydro screw is suitable for a low head and discharge that does not have a guide vane and draft tube; thus, it is simple, small, inexpensive, and portable. This turbine, with a 15 cm blade diameter, can generate power up to 2 kW. Hydro screw blade is inspired by the Archimedes turbine, and difference between them is that the blade pitch of hydro screw is variable and horizontally mounted. In this project, the effect of spiral variable pitch on turbine has been studied numerically. Based on the results, it was found that the turbine had the best efficiency at a spiral pitch of 1.5. Subsequently, the small model of hydro screw was made and tested in the laboratory. The results of this study have been presented in the form of standard curves of turbine performance and the accuracy of the results has been proved by comparison of numerical and experimental results. The results show the integrity of the numerical calculations and, therefore, they can be used in line with next turbine studies. The results indicate that the maximum turbine output is between 62% and 68%.
    Keywords: Variable pitch Screw Low head Archimedes
  • M. Jabbari * Pages 467-474
    The structural vibrations are the important sources of the energy harvesting, which can be produced from the harmonic excitation. The piezoelectric structure behavior is simulated by the electromechanical coupling. The flexible beam has the large strain. The results of linear theories are not proper. The large strains effect on the results response and the nonlinear behavior must be considered. The Newmark method is used to solve the equations of motion and coupled equations. Regarding the type of proportional damping, the nonlinear hardness effect is also applied to the damping calculation. This paper presents the electric response of the piezoelectric nonlinear beam with the harmonic base excitation by the numerical and experimental methods. The program of finite elements is developed for the numerical results and the electric response is obtained. The theories results are verified by the results of experimental. The experimental results are used for the piezoelectric bimorph beam with the change of concentrated mass position. The effect of piezoelectric property in the frequency response of nonlinear beam is presented. The results show the effect of piezoelectric properties on the frequency response of the nonlinear beam and the effect of the concentrated mass position on the output voltage, and the most suitable position of the concentrated mass position is presented to obtain the highest voltage response.
    Keywords: Piezoelectric Nonlinear Beam Harmonic Excitation Concentrated Mass
  • H. Pourhashem , A. Jamali *, N. Narimanzade Pages 475-482
    Because of the widespread application in complex modeling based on experimental data, neuro-fuzzy networks have attracted the attention of researchers. In the neuro-fuzzy inference system, the objective is to reduce the system's prediction error relative to the actual data. The regulation of parameters of neuro-fuzzy network is very important and affects its performance. So, a new optimization algorithm based on Particle Swarm Optimization (PSO) and Differential Evolution (DE) has been proposed. In this algorithm, the coefficients of the operator speed are calculated dynamically, using fuzzy logic. These coefficients are set according to the generation number and variance of the particles. Proposed operator leads the particles to explore and exploit the search domain more precisely. Next, the performance of the proposed algorithm is checked by optimizing three benchmarks and comparing it with the results, which are obtained by conventional PSO and DE. The results show that the proposed algorithm obtained better solution in comparison with DE and PSO and proved its performance and efficiency. Finally, a neuro-fuzzy system has been employed to forecast the time series of Mackey-Glass. The parameters of this neuro-fuzzy network are optimized by the new algorithm and the PSO and DE method multi-objectively and the Pareto charts obtained by each method of optimization are compared with each other, indicating the better performance of the new algorithm.
    Keywords: Optimization Particle swarm optimization Differential evolution Fuzzy logic Neuro-Fuzzy network
  • S.M. Zareei , M. Jamshidian *, Sh. Sepehrirahnama , S. Ziaei, Rad Pages 483-490
    Acoustofluidics, the study of acoustics in microfluidic systems, is the basis for analyzing many laboratory applications including the separation of particles, particle sorting, cleaning, and mixing multiphase systems. In this research, a three-dimensional finite element model for particle motion under acoustic radiation force in acoustic microchannels is developed and the interaction of the incident waves with a suspended particle in microchannel is investigated. Using finite element method, the first-order fields due to an applied standing wave are initially calculated and, then, the acoustic radiation force is directly calculated from the second-order perturbation equations. The simulation results for radiation force are first verified against the analytical solution in the Rayleigh limit and, then, examined beyond this limit, for which there is no explicit analytical solution. In addition, the quasi-static motion of a particle under the influence of an applied acoustic standing wave in microchannel is simulated. For simulating particle motion, the acoustic stress on particle surface is calculated and transferred as an input to the laminar flow equations. Then, the drag force is estimated based on the shear stress due to the flow around the particle. The simulation results demonstrate that the particle velocity depends on its position with respect to the wave node at the center of the microchannel. As the particle approaches to the center of microchannel, its velocity decreases until it stops at the center of microchannel.
    Keywords: Acoustofluidics Acoustic Radiation Force Finite Element Method Microchannel
  • O. Mohammadpour *, R. Ahmadi Pages 491-504
    In this paper, a robust discrete control law is presented, using a time delay control method for an omnidirectional mobile robot in the presence of system uncertainties. Although time delay control method has attracted the great attention of researchers due to its structure simplicity, the major part of these research have been performed by the assumption of continuous time delay control and infinitesimal time delay that is in contradict of physical nature of digital devices, as implementation tools of time delay controllers, which have finite and specific sample time. Also, the discretization of continuous-time systems has been usually done by Euler estimation method, which has sufficient accuracy for infinitesimal sample times. So, in this paper, after modeling the robot, considering the dynamics of robot motors, a new method for more accurate discretization of continuous nonlinear systems is presented and, then, a robust discrete control law is designed, using the backstepping technique at the voltage level of the robot motors. In the design of control law, a new adaptive sliding mode method is used to overcome the system uncertainties and stability of the closed-loop system is proved by error convergence to a small neighborhood of zero. The proposed controller is designed in the discrete domain without the necessity of being known the bound of system uncertainties and simulation results represent the desired performance of the controller in trajectory tracking.
    Keywords: Adaptive sliding mode discrete control Time delay control Omnidirectional mobile robot
  • D. Rahmatabadi , A. Shahmirzaloo , M. Farahani *, R. Hashemi Pages 505-513
    The cold roll bonding (CRB) is a solid state welding process for bonding similar and dissimilar metals. The use of materials produced by the CRB method for different applications and the prediction of their behavior in simulation software requires the complete and accurate identification of their mechanical properties. Digital image correlation (DIC) is a powerful non-contact method for measuring the field of material deformation. Recently, the DIC method has been developed and widely used in various studies due to its advantages. In this research, two-layered aluminum alloy 1050 was produced via CRB process with applying 50% reduction of thickness at ambient temperature and then using the 2D-DIC system to extract distribution of the strain field during the uniaxial tensile test at rolling direction. Strain in two directions of length and width was calculated, using DIC and strain in terms of thickness, effective strain, and anisotropy coefficient, using plasticity relationships. Moreover, for the first time, using the virtual field methods (VFM), elastic and plastic parameters such as elastic modulus, Poisson ratio, strength coefficient, strain hardening exponent, and yield stress were calculated. The results showed that the strength and microhardness were significantly increased due to the work hardening and increasing the density of dislocations, and the elongation and strain hardening exponent were reduced. The strength for the two-layered aluminum was 113MPa, which improved more than three times of the initial aluminum. Also, changes in the elastic parameters were very small and the modulus of elasticity for the primary aluminum and two-layered aluminum was 69.3 and 70GPa, respectively.
    Keywords: CRB process DIC method Elastic, plastic properties