فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال هفدهم شماره 10 (دی 1396)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال هفدهم شماره 10 (دی 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/08/27
  • تعداد عناوین: 48
|
  • مقاله پژوهشی کامل
  • داود شاهقلیان قهفرخی، احمد قنادی، غلامحسین رحیمی * صفحات 1-8
    سازه های مشبک کامپوزیتی به دلیل خواص منحصربفردشان، یکی از سازه های پرکاربرد در صنایع هوایی، دریایی و خودروسازی می باشد. در این تحقیق به بررسی تجربی و عددی ارتعاشات آزاد ورق ساندویچی کامپوزیتی با شبکه مثلثی پرداخته شده است. برای ساخت این ورق ها، از قالب سیلیکونی، روش رشته پیچی و لایه چینی دستی استفاده شده است. ورق تقویت شده مشبک و ورق چندلایه ساخته شده و سپس با چسباندن این دو بخش بهم، ورق ساندویچی با شبکه مثلثی ایجاد شده است. نمونه های ساخته شده تحت آزمایش آنالیز مودال قرار گرفته و فرکانس های طبیعی ارتعاشات استخراج شده است. از حل عددی و مقایسه با نتایج تجربی مشاهده شد که انطباق مناسبی بین نتایج تجربی و عددی وجود دارد. با استفاده از روش تاگوچی یک مطالعه پارامتری روی اثر تغییرات 3 پارامتر، شامل تعداد تقویت کننده، ضخامت تقویت کننده و ضخامت پوسته بر رفتار ارتعاشی ورق ساندویچی با شبکه مثلثی انجام شده است. نتایج نشان می دهد، فرکانس طبیعی ورق ساندویچی با شبکه مثلثی بیشترین حساسیت را نسبت به ضخامت تقویت کننده و کمترین حساسیت را نسبت تعداد تقویت کننده دارد. حساسیت فرکانس طبیعی نسبت به ضخامت تقویت کننده و ضخامت پوسته تقریبا یکسان است. همچنین به جهت بررسی کارایی ورق ساندویچی با شبکه مثلثی، فرکانس طبیعی این سازه با ورق جندلایه معادل در شرایط مرزی مختلف مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد فرکانس طبیعی ورق ساندویچی با شبکه مثلثی در حالت شرط مرزی آزاد، 133% و در حالت شرط مرزی گیردار، 138% نسبت به ورق چندلایه معادل بیشتر است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، ورق کامپوزیتی ساندویچی، هسته مثلثی شکل، ساخت، روش تاگوچی
  • رضا جمیل نیا * صفحات 9-19
    در این مقاله، مسیرهای بهینه فرود نرم بر روی ماه براساس راهبردهای متفاوت فرود، طراحی می گردند. برای این منظور، مسئله فرود نرم در قالب یک مسئله کنترل بهینه و براساس کمینه کردن مصرف سوخت، تعریف شده و با یک روش مستقیم ترکیبی حل می گردد. روش حل استفاده شده در این مقاله، ترکیبی از روش های هم نشانی مستقیم، برنامه ریزی غیرخطی، همواری دیفرانسیلی و منحنی های بی اسپیلاین می باشد. در این روش، با استفاده از همواری دیفرانسیلی، معادلات دینامیکی فرود در کمترین فضای ابعادی ممکن و با حداقل تعداد متغیرهای حالت بیان می گردند. همچنین، متغیرهای حالت با منحنی های بی اسپیلاین مناسب تقریب زده شده و نقاط کنترل این منحنی ها، به عنوان متغیرهای بهینه سازی مسئله برنامه ریزی غیرخطی در نظر گرفته می شوند. با استفاده همزمان از همواری دیفرانسیلی و منحنی های بی اسپیلاین، تعداد متغیرها و قیود مسئله کنترل بهینه به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و مسئله کنترل بهینه، با سرعت و دقت بالایی حل می گردد. در این مقاله، سه راهبرد مختلف برای فرود نرم بر روی ماه بررسی می شوند. این راهبردها براساس فرود مستقیم یا غیرمستقیم از مدار استقرار و نیز تفکیک مراحل ترمز افقی و نزول عمودی تعریف می گردند. با توجه به مسیرهای بهینه بدست آمده، می توان نتیجه گرفت که با فرود غیرمستقیم از طریق یک مدار واسط، وسیله فضایی میتواند با مصرف سوخت کمینه ای بر روی ماه فرود آید. همچنین، با تفکیک مراحل ترمز افقی و نزول عمودی، می توان مسیر فرود کاربردی تری را بدست آورد.
    کلیدواژگان: بهینه سازی مسیر، فرود نرم، کنترل بهینه، همواری دیفرانسیلی، منحنی های بی اسپیلاین
  • مجید شهباززاده، سید جلیل ساداتی رستمی*، سارا میناگر صفحات 20-28
    در سال های اخیر مطالعات زیادی بر روی کنترل حرکت ربات های چرخ دار شکل گرفته است. در این میان، مساله ردیابی مسیر، یکی از مطرح ترین این مسائل بوده است. یکی از روش های دور زدن محدودیت های قضیه براکت به منظور ردیابی مسیر این است که از ساختار کنترلی پیشخور و پسخور استفاده کنیم. کنترل پیشخور از مسیر مرجع محاسبه می شود و به تنهایی کارا نیست چون قابلیت جبران خطاهای اندازه گیری و خطاهای حالت اولیه را ندارد ، بنابراین بخش کنترلی پسخور نیز مورد نیاز است. در این مقاله از روش کنترل مدل پیش بین به عنوان بخش کنترلی پسخور استفاده کرده ایم. با توجه به این که شرایط اولیه سیستم در بیشتر مواقع بر روی مسیر مطلوب قرار ندارد، ردیابی هرچه سریع تر مسیر مرجع در زمان های اولیه اهمیت ویژه ای دارد. از این رو در این مقاله قصد داریم خطای ردیابی مسیر مرجع در زمان های اولیه را با استفاده از توابع لاگر در کنترل مدل پیش بین و هم چنین کنترل مدل پیش بین با ضرایب وزنی نمایی کاهش دهیم. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که ردیابی مسیر مرجع با استفاده از توابع لاگر در کنترل مدل پیش بین نسبت به حالت هایی که از کنترل مدل پیش بین با استفاده از ضرایب وزنی نمایی و هم چنین کنترل مدل پیش بین معمولی استفاده شده است، بهبود یافته است.
    کلیدواژگان: ربات متحرک چرخ دار، ردیابی مسیر کنترل مدل پیش بین، توابع لاگر، ضرایب وزنی نمایی
  • عبدالله فدایی پور، حسام خواجه سعید*، احمد قنبری صفحات 29-38
    آلیاژهای حافظه دار (SMA) زیر مجموعه ای از مواد هوشمند هستند که ویژگی اساسی آنها تغییر شکل بزرگ ناشی از تغییر در ریزساختار آنها، تحت تاثیر دما و میدان مغناطیسی می باشد. این آلیاژها دو اثر مهم حافظه داری و سوپرالاستیسته را ازخود نشان می دهندکه باعث می شود این مواد به کاندیدای بسیار مناسبی برای سیستم های کنترل، سنسورها و طراحی عملگرها تبدیل شوند. از مزایای آلیاژهای حافظه دار می توان به اندازه کوچک، وزن کم، نیاز به توان تحریک پایین، تحریک پذیری الکتریکی و حرارتی، عملکرد و تحریک بیصدا در مقایسه با سایر محرک ها، عمر مفید و طولانی و نسبت توان به وزن بالا اشاره کرد. فرکانس عملکردی محدود این آلیاژها یکی از عمده معایب آنهاست. در این مقاله، با الهام از نحوه قرارگیری عضله ها در بازوی انسان عملگرجدیدی برای تقلید حرکت بازو طراحی شده و با استفاده از اثر ترموالکتریک زمان پاسخ عملگر کاهش یافته است. این فرآیند مستلزم حل همزمان معادلات انتقال حرارت، معادلات ساختاری، توصیف فرایند تغییر فاز و همچنین معادلات دینامیکی حاکم بر عملگر می باشد. پاسخ دینامیکی عملگر با نتایج تجربی موجود در سایر مقالات مقایسه و صحت نتایج حاصل از این مدلسازی ها بررسی می شود و تاثیر پارامترهای مختلف بر روی پاسخ عملگر مورد بررسی قرارمی گیرد. نتایج حاصل نشانگر آن است که با استفاده از روش پیشنهادی می توان زمان پاسخ عملگر را تا بیش از 50% کاهش داد.
    کلیدواژگان: آلیاژهای حافظه دار، اثر ترموالکتریک، ماهیچه مصنوعی، پاسخ دینامیکی
  • محمد هنرپیشه*، هادی منصوری، سعید ساکی انتظامی صفحات 39-46
    فرآیند نورد در کانال های هم مقطع زاویه دار یکی از جدیدترین روش های تغییر شکل پلاستیک شدید می باشد که موجب تغییر خواص مکانیکی و فیزیکی ورق های فلزی می شود. در این مقاله به بررسی اثرات فرآیند نورد در کانالهای زاویه دار بر رفتار خوردگی مس خالص تجاری شده پرداخته شده است. برای این منظور، عملیات ایکر در پنج پاس به انجام رسید. همچنین جهت بررسی نرخ خوردگی نمونه های تا پنج پاس ایکر شده از جنس مس خالص تجاری، روش های امپدانس الکتروشیمیایی و پلاریزاسیون مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج حاکی از تاثیر مخرب فرآیند، بر مقاومت در برابر خوردگی نمونه ها می باشد. نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که با افزایش تعداد پاس خوردگی سطحی افزایش یافته و در پاس های بالا خوردگی حفره ای به وضوح قابل رویت می باشد. همچنین با افزایش تعداد پاس خوردگی به صورت یکنواخت دیده می شود و از حالت موضعی خارج شده است. بطور کلی از پاس اول به پاس دوم میزان خوردگی بیشتر بوده و قطر و عمق حفرات ناشی از خوردگی بیشتر و به تعداد بیشتر مشاهده می گردد. در نمونه سه پاس ایکر شده میزان خوردگی افزایش یافته و نوع خوردگی ترکیبی از خوردگی یکنواخت و خوردگی حفره ای می باشد.
    کلیدواژگان: رفتار خوردگی، پلاریزاسیون، نورد در کانال زاویه دار همسان
  • علی عظیمی، علیرضا تیمورتاش* صفحات 47-57
    پدیده ی چگالش در جریان بخار باعث ایجاد قطرات با اندازه های مختلف می شود. برای پیش بینی دقیق رفتار جریان دوفازی بخار-مایع، لازم است تا تاثیر تمام دسته قطرات با اندازه های مختلف بر بخار در نظر گرفته شود. در این تحقیق برای تحلیل جریان یک بعدی بخارتر در یک شیپوره ی همگرا-واگرای مافوق صوت، از معادله جوانه زایی در چهارچوب اویلری-لاگرانژی استفاده شده است. روش های چند شعاعی و تک شعاعی، برای مدل سازی قطرات تشکیل شده در جریان بخار، با یکدیگر مقایسه شده اند. در روش چند شعاعی، تمام دسته قطرات تشکیل شده در ناحیه ی چگالش ناگهانی، بدون ادغام با سایر دسته قطرات، در محاسبات حفظ می شوند؛ اما در روش تک شعاعی این دسته قطرات با یکدیگر ادغام شده و در غالب یک گروه با شعاع متوسط در محاسبات منظور می شوند. روش چند شعاعی از این لحاظ که قادر به پیش بینی طیف قطرات با اندازه های مختلف است، نسبت به روش تک شعاعی به واقعیت نزدیک تر است و لذا دارای مزیت است. مقایسه نتایج حاصل از این دو روش با شواهد تجربی حاکی از آن است که شعاع پیش بینی شده برای قطرات از روش چند شعاعی، نسبت به روش تک شعاعی، در هر چهار نازل مورد بررسی به مقادیر تجربی نزدیک تر می باشد.
    کلیدواژگان: جریان چگالشی بخار، روش چند شعاعی، روش تک شعاعی، شوک چگالش، اویلری-لاگرانژی
  • ایوب نیک روان شلمانی، فواد فرحانی * صفحات 58-64
    در سال‏های اخیر، قابلیت افزایش سرعت حل معادلات دیفرانسیل پاره‏ای با استفاده از سخت افزار اف‏پی‏جی‏ای مورد توجه جدی قرار گرفته است. با این وجود، پیچیدگی های پیاده‏سازی و برنامه‏نویسی این معادلات بر روی این سخت افزار از فراگیر شدن آن در بین کاربران حوزه محاسبات عددی جلوگیری کرده است. در این تحقیق، چارچوبی نرم‏افزاری توسعه یافته است که امکان ساخت کمک پردازنده مبتنی بر سخت افزار اف‏پی‏جی‏ای برای حل ضمنی معادلات دیفرانسیل پاره‏ای با حداقل پیچیدگی و زمان پیاده‏سازی را برای کاربر فراهم می‏سازد. با استفاده از این چارچوب، شبکه حل و روابط جبری معادلات توسط کاربر تعریف شده و بقیه موارد شامل تولید آی پی حلگر، ارتباط سی‏پی‏یو و کمک پردازنده و لایه های حافظه و ارتباط بین قسمت‏های مختلف در این چارچوب مدیریت می‏شود. این چارچوب شامل بخش‏هایی برای تعریف معماری کمک پردازنده با استفاده از نرم‏افزارهای اچ‏ال‏اس و ویوادو و ایجاد ارتباط با سی‏پی‏یو شامل درایورهای سیستم عامل و توابع عملیاتی برای تنظیم شرایط اولیه و مرزی و دریافت نتایج از طریق درگاه پی‏سی‏آی اکسپرس می‏باشد. در این مقاله، پس از توسعه چارچوب نرم‏افزاری، نحوه ساخت یک کمک پردازنده برای حل معادله لاپلاس دو بعدی ارائه شده است. بر اساس نتایج بدست آمده، علاوه بر سهولت بکارگیری این چارچوب برای ساخت کمک پردازنده مبتنی بر اف‏پی‏جی‏ای، مقایسه سرعت محاسبات با این کمک پردازنده و سی پی یو نشان دهنده افزایش سرعت 22 برابری حل معادله لاپلاس بوده، که در صورت طراحی این کمک پردازنده بر پایه عملیات ممیز ثابت، سرعت حل تا 65 برابر قابل افزایش است.
    کلیدواژگان: چارچوب نرم افزاری، کمک پردازنده، معادلات دیفرانسیل پاره ای، اف پی جی ای
  • مجید جباری* صفحات 65-72
    برداشت انرژی الکتریکی از تیر یکسردرگیر پیزوالکتریک با تحریک مودهای ارتعاشی حاصل می گردد. مودهای ارتعاشی دارای گره های کرنشی می باشند که توزیع کرنش در راستای تیر در این نقاط تغییر علامت می دهد. مودهای ارتعاشی تیر یکسردرگیر بجز اولین مود دارای گره های کرنشی مشخصی می باشند. از نظر تئوری و هم تجربی نشان داده می شود که گره های کرنشی مودهای ارتعاشی با الکترودهای پیوسته باعث حذف ولتاژ خروجی الکتریکی می گردد. اگر از الکترودهای جدا شده به جای الکترودهای پیوسته استفاده شود ولتاژ خروجی ناشی از تحریک دومین مود می تواند به طور قابل توجهی افزایش یابد. با استفاده از تئوری قانون گوس در معادله مدار لایه پیزوالکتریک تحت خمش دینامیکی، پاسخ ولتاژ ناشی از جفت شدگی الکترومکانیک حاصل می گردد. یکی از پارامترهای موثر در پاسخ ولتاژ، ترم جفت شدگی مودال می باشد که علاوه بر وابستگی به هندسه، جنس و پارامترهای پیزوالکتریک تیر برداشت کننده انرژی، به تابع ویژه شیب خمش محاسبه شده در مرزهای الکترودها نیز وابسته است. اگر شیب ها در مرزهای الکترودهای پیوسته برای شکل مود مربوطه به یکدیگر نزدیک باشند، خروجی الکتریکی در آن مود بسیار کوچک خواهد بود. در این پژوهش با روش های تئوری و تجربی تاثیر گره های کرنشی در برداشت انرژی از تیر یکسردرگیر پیزوالکتریک در حالات فرکانس تحریک تشدید و غیر تشدید مورد بررسی واقع می گردد. در عین حال تاثیر بار مقاومتی بر روی نتایج ولتاژ و توان خروجی و حصول بار مقاومتی بهینه مورد توجه قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: برداشت انرژی الکتریکی، گره های کرنشی، بار مقاومتی بهینه، توان الکتریکی، مودهای ارتعاشی
  • ایمان بندار صاحبی، قادر علیایی، آزاده کبریایی*، گوپینگ هوانگ صفحات 73-80
    در این مقاله دهانه سه بعدی ماوراء صوت برای دریافت جریان در ماخ 5.0 طراحی و مورد شبیه سازی قرار گرفته است. چهارچوب اصلی این مطالعه، شبیه سازی عددی سه بعدی مرتبه 2 با دقت 10-6 است که اثرات لایه مرزی به شدت توسعه یافته از بالادست جریان را بر روی کارآیی سامانه با استفاده از سه ساختار مجزای پایه ، مورد ارزیابی قرار داده است. طرح پایه دهانه ورودی مذبور متشکل از سطح تراکمی با دو شیب خارجی و مجرای مافوق صوت است که با کاستن از سرعت جریان آن را به محدوده ماخ 2.0 نزدیک می کند. موثرترین فاکتور در کیفیت جریان دریافتی و عملکرد دهانه ورودی در رژیم ماوراء صوت، لایه مرزی بر روی بدنه است که مکش آن به درون دهانه، مشکلات زیادی از جمله، ایجاد گرادیان شدید حرارتی در مقاطع مخالف دهانه ورودی و کاهش ضریب بازیابی فشار را ایجاد می کند. این لایه که محتوای انرژی جنبشی آن کمتر از بخش آزاد جریان است، پس از شوک کمانی در دماغه و یا لبه حمله ایجاد می شود و کسر قابل توجهی از جرم ورودی به دهانه را اشغال می کند . استفاده از مدل توربولانسی k-ω در حل عددی تخمینی مناسب از کیفیت این لایه ارائه کرده است و در متن حاضر، اثرات برهمکنش شوک و لایه مرزی، ساختار شوک ها، خصوصیات جریان در انتهای دیفیوزر و همچنین اثر استفاده از دیواره جانبی در انتهای سطوح تراکمی بر عملکرد دهانه به عنوان اهداف اصلی شبیه سازی عددی مطرح و نتایج مربوطه مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: دهانه ورودی ماوراء صوت، اثرات لایه مرزی، شبیه سازی سه بعدی، آئرودینامیک ماوراء صوت، تراکم خارجی
  • مژگان فرامرزی، شهرام آزادی*، رضا کاظمی، اردلان قدیمی صفحات 81-92
    امروزه سیستم های حمل و نقل اتوماتیک نقش مهمی در کاهش خطاهای انسانی و روان سازی ترافیک های درون شهری و برون شهری دارند. پیاده سازی کنترل کننده ها برای بهینه کردن سفر، چه از نظر زمان و چه از نظر راحتی و ایمنی، نیاز به مدل دقیقی از سیستم مورد بررسی دارد. هرچه این مدل دقیق تر و به سیستم واقعی نزدیک تر باشد، نتایج حاصل از شبیه سازی، دقیق تر و قابل اعتماد تر است. از طرفی، با افزایش تصادفات ناشی از عدم احتیاط و دقت راننده در کنترل خودرو و همچنین، گسترش روزافزون خودروها، نقش سیستم های همیار راننده برای به عهده گرفتن کنترل خودرو به منظور آسایش راننده، کاهش تصادف ها و افزایش ایمنی و راحتی پررنگ تر شده است. در این مقاله، یک مدل غیرخطی کامل از دینامیک طولی خودرو، با هدف نزدیک تر کردن مدل به واقعیت و کاهش خطای مدل در شبیه سازی و کاربردهای کنترلی، انتخاب شده است. در بخش کنترلی راه حل جدیدی برای توسعه ی سیستم کنترل تطبیقی سرعت ارائه شده است که در آن، شتاب خودروی میزبان، علاوه بر حرکت خودروی هدف، از حرکت ماکروسکوپیک موج ترافیک نیز تاثیر می پذیرد. بدین منظور نشان داده شده است که با به کار گیری کنترل پیش بین و تبعیت شتاب خودرو از حرکت خودروی هدف و همچنین موج ترافیک، تصادف های زنجیره ای ناشی از ترمزگیری های ناگهانی، قابل کنترل می باشند. در بخش کنترل سطح پایین، برای محاسبه ی دریچه ی گاز و یا پدال ترمز برای رسیدن به شتاب مطلوب، از کنترل فازی بر مبنای کاهش خطای ردیابی بهره گرفته شده است. این دستور محاسبه شده بر روی مدل طولی، اعمال می شود تا عملکرد مدل انتخاب شده در سیستم همیار راننده ی کروز کنترل تطبیقی، ارزیابی گردد.
    کلیدواژگان: دینامیک کامل طولی خودرو، تصادف زنجیره ای، کنترل سرعت تطبیقی، کنترل پیش بین، مدل ماکروسکوپیک ترافیک
  • عبدالرضا قره خانی، ابراهیم عباسپور ثانی * صفحات 93-100
    با توسعه روز افزون تغییر دهنده های فاز میکرو الکترومکانیکی، بررسی تغییر شکل و ناپایداری میکروسوئیچ ها حائز اهمیت فراوانی می باشد. بر این اساس در مقاله حاضر، رفتار استاتیکی و ناپایداری پولین میکروتیر دوسرگیردار تحت تاثیر میدان الکترواستاتیکی موضعی که در طراحی و ساخت تغییر دهنده های فاز میکروالکترومکانیکی توزیع شده کاربرد دارد، بررسی می شود. با در نظر گرفتن اثرات غیرخطی ناشی از شعاع انحناء برای اولین بار، معادله دیفرانسیل غیرخطی حاکم بر سیستم با استفاده از تئوری تیر اویلر- برنولی و اثرات اندازه های کوچک با بکارگیری اصل کار مجازی استخراج شده است. با استفاده از روش گالرکین و با فرض ولتاژ استاتیکی اعمال شده به ناحیه مشخصی از میکروتیر، اثر پارامترهای مختلف بر روی تغییر شکل استاتیکی و ولتاژ پولین مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که در نظر گرفتن اثرات غیرخطی ناشی از شعاع انحناء تاثیر قابل ملاحظه ای بر رفتار مکانیکی سیستم دارد و با افزایش این پارامتر رفتار سخت شوندگی میکروسوئیچ افزایش یافته و در نتیجه آن خیز استاتیکی میکروسوئیچ نسبت به تئوری خطی کمتر می شود. همچنین، با افزایش ولتاژ اعمالی به میکروسوئیچ، کرنش های غیرخطی ایجاد شده افزایش یافته و اثرات غیرخطی ناشی شعاع انحناء قابل ملاحظه خواهد بود. به عنوان مثال با افزایش پارامتر بی بعد سفتی خمشی از مقدار 0 به 10، حداکثر خیز میکروسوئیچ به ازای ولتاژهای 2V، 1V و 3V به ترتیب در حدود 7.7%، 35.8% و 48.6% کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: میکروسوئیچ شیف دهنده فاز، میدان الکترواستاتیک موضعی، غیرخطی شعاع انحناء، خیز استاتیکی
  • امیر سلیمی لفمجانی، مهدی طالع ماسوله *، احمد کلهر صفحات 101-111
    در این مقاله‏، کنترل موقعیت یک ربات موازی نیوماتیکی شش درجه آزادی گاف-استوارت موسوم به هگزاتار به منظور ردیابی مسیرهای مطلوب مطالعه شده است. در ابتدا، معادلات دینامیکی مربوط به سیستم نیوماتیکی هر شاخه از این ربات استخراج شده است که شامل معادلات دینامیکی یک عملگر نیوماتیکی و یک شیربرقی تناسبی می باشد. متغیرهای نامعلوم معادلات دینامیکی شامل ضریب ویسکوزیته، نیروی اصطکاک عملگر و متغیرهای مربوط به شیربرقی بدست آمده و توسط الگوریتم ژنتیک شناسایی شده اند. سپس، کنترل موقعیت عملگر نیوماتیکی با توجه به این مدل و بر اساس طراحی کنترل کننده ی پسگام مدلغزشی انجام می گیرد. بعلاوه، معادلات سینماتیک ربات هگزاتار بدست می آید و با استفاده از یک روش ابتکاری با نام روش هندسی حل شبه سینماتیک، بدون استفاده از حسگرهای گران قیمت و بر اساس داده های حسگرهای پتانسیومتر خطی روی هر شاخه و حسگر دوران متصل شده بر روی مجری نهایی ربات، موقعیت مجری نهایی ربات محاسبه می شود. بدین ترتیب، کنترل موقعیت حلقه بسته ی ربات هگزاتار بر مبنای کنترل همزمان در فضای مفاصل و فضای کاری ربات به کمک کنترل کننده ی پسگام مدلغزشی و روش محاسبه ی موقعیت مجری نهایی ربات انجام می گیرد. مسیرهای مطلوب سینوسی برای ردیابی در راستا و حول هر یک از محورهای مختصات به منظور ارزیابی عملکرد استراتژی کنترلی به کارگرفته شده مورد آزمایش قرار می گیرند. نتایج آزمایش های عملی نشان می دهد که مسیرهای مطلوب مستقیم در راستا و دورانی حول محورهای مختصات به ترتیب با اندازه ای کمتر از 2 سانتی متر و 3 درجه ردیابی می شوند. این حد از دقت برای یک ربات نیوماتیکی بسیار مطلوب می باشد.
    کلیدواژگان: ربات موازی گاف-استوارت، عملگر نیوماتیکی، شیربرقی تناسبی، سینماتیک معکوس، کنترل کننده پسگام مدلغزشی
  • فرشاد اکبری پناه *، رضا سعد وندی، مهدی رنجبر صفحات 112-122
    در این تحقیق بررسی تحلیلی و عددی تیر هدفمند شده ی سرامیک- فلزی تحت ضربه سرعت پایین با به کار بردن تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول تیر انجام شده است. ضربه زننده به صورت صلب و کروی درنظر گرفته شده است. با استفاده از ترکیب روش انرژی، ریتز و لاگرانژ، ماتریس های جرم و سفتی سیتم ارائه شده اند. همچنین شبیه سازی ضربه سرعت پایین بر روی تیرهای هدفمند شده ی سرامیک- فلزی در نرم افزار آباکوس انجام شده که به منظور هدفمند کردن تیر در نرم افزار آباکوس، تیر به 30 لایه در جهت ضخامت تقسیم بندی شده است. حداکثر نیروی تماسی بین ضربه زننده و تیر در مدل تحلیلی و شبیه سازی در نرم افزار آباکوس به ترتیب برابر 1062 و 1039 نیوتن با اختلاف 2.21 درصد و حداکثر جابجایی ضربه زننده در مدل تحلیلی ارائه شده و شبیه سازی در نرم افزار آباکوس به ترتیب برابر 0.0104 و 0.0108 میلی متر با اختلاف حدود 3.85 درصد بوده است. در انتها تاثیر نوع تابع هدفمند شامل ترکیبی از توابع نمایی و چندجمله ای، سرعت ضربه زننده شامل 1، 2 و 3 متر بر ثانیه، شعاع ضربه زننده شامل 8، 12.7 و 16 میلی متر و دو نوع شرط مرزی گیردار و ساده بر روی تاریخچه نیروی تماسی و لهیدگی تیر بررسی شده است. مشاهده شده است که حداکثر و حداقل نیروی تماسی متعلق به تابع هدفمند چندجمله ای مرتبه اول و سوم و حداکثر و حداقل لهیدگی مربوط به تابع هدفمند چندجمله ای مرتبه سوم و اول بوده است.
    کلیدواژگان: ضربه سرعت پایین، تیر هدفمند، تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول تیر، قانون تماس هرتز، روش ریتز
  • رضا عبدی بهنق*، هادی عبداللهی صفحات 123-128
    قابلیت شکل دهی ضعیف منیزیم منجر به وقوع ترک و شکست در قطعه کار در حین فرایند نورد شده و کاربردهای آن را در صنایع مختلف محدود می کند. مدلسازی عددی فرایند می تواند این تضمین را بدهد که با کمترین هزینه تولید به خصوصیات مورد نظر محصول رسیده شود. مدلسازی عددی فرایند نورد مستلزم ترکیب مدل های مختلفی است که شامل پدیده های مختلف فیزیکی از قبیل تغییرشکل قطعه کار به همراه تغییرات حرارتی-متالورژیکی آن و همچنین ایجاد میدان حرارتی بر روی غلتک ها به همراه تغییر شکل های احتمالی آنها می باشد. از طرفی در شبیه سازی المان محدود فرایند نورد اغلب اعوجاج زیادی روی مش های قطعه کار اتفاق می افتد. این اعوجاج شدید، دقت و قابلیت اطمینان نتایج شبیه سازی را تحت تاثیر قرار می دهد. با مرور تاریخچه شبیه سازی فرایند نورد مشاهده می شود که بر اساس رفتار ویسکوالاستیسیته ماده قطعه کار از روش های متعددی برای مدلسازی نورد استفاده شده است که هر یک مزایا و معایب خود را دارا می باشد. در مقاله حاضر روش اویلری-لاگرانژی کوپل برای شبیه سازی جریان مواد در فرایند نورد منیزیم خالص معرفی شده است که در آن ماده قطعه کار به سه ناحیه بدون تغییر شکل، در حال تغییرشکل و تغییرشکل یافته تقسیم می شود. مقایسه نتایج شبیه سازی فرمول بندی پیشنهاد شده با تحقیقات پیشین نشان می دهد که میدان های حرارتی و کرنش به درستی شبیه سازی شده است. این شبیه سازی های در نرم افزار آباکوس و به صورت دوبعدی انجام شده اند.
    کلیدواژگان: منیزیم، تغییرشکل پلاستیک، نورد سرد، شبیه سازی المان محدود، اویلری-لاگرانژی کوپل
  • محمد پاکدامن، عبدالرحمان جامی الاحمدی* صفحات 129-138
    هدف از انجام این تحقیق، بررسی فرآیند کشش عمیق و اثر پارامترهای آن بر روی ورق کامپوزیتی ساخته شده از جنس الیاف شیشه با زمینه پی وی سی است. ورق های کامپوزیتی الیاف شیشه با زمینه پلیمری(پی وی سی) مواد جدیدی هستند که کاربردهای گسترده ای دارند. این کامپوزیت ها نسبت استحکام به وزن بالایی را در قیاس با آلومینیوم و فولاد دارا می باشند. برای انجام آزمایش ها نمونه های کامپوزیتی با لایه چینی 2]90/0[ ، 4]90/0[ ، 2]30-/30 [ و 4]30-/30 [ به روش انباشت لایه ها تولید شدند. برای بررسی اثر هر یک از پارامترها روی متغیر خروجی به منظور کاهش تعداد آزمایش ها از روش طراحی آزمایشات بر مبنای الگوی تاگوچی استفاده شد. نتایج نشان می دهند که دو عامل دما و نیروی نگهدارنده ورق روی متغیرهای خروجی بیشترین تاثیر را دارند. علاوه بر این نشان داده شد که با تنظیم اثر متقابل دما و نیروی نگهدارنده ورق می توان چروکیدگی را تا حد زیادی کنترل نمود.
    کلیدواژگان: ورق الیاف شیشه با زمینه پی وی سی، کشش عمیق، چروکیدگی، دما
  • محمد علی پور، رضا اسلامی فارسانی* صفحات 139-144
    در این تحقیق، خواص مکانیکی و ریزساختار نانوکامپوزیت آلومینیوم 7068 تقویت شده با 0.1، 0.3، 0.5، 0.7 و 1 درصد وزنی نانو صفحات گرافن تولید شده به روش ریخته گری گردابی با کمک حباب زائی مافوق صوت بررسی شد. جهت اختلاط مناسب آلیاژ و نانو صفحات گرافن، از دستگاه مافوق صوت با توان بالا مجهز به سیستم خنک کننده مورد استفاده قرار گرفت. همچنین برای مطالعات ریزساختاری، میکروسکوپ الکترونی روبشی بکار گرفته شد. مطالعات ریزساختاری نانوکامپوزیت نشان داد که حضور نانو صفحات گرافن پراکنده باعث کاهش اندازه دانه شده، اما در درصدهای بالای این نانوذرات (1 درصد وزنی)، کاهش محسوسی در اندازه دانه ایجاد نمی شود. همچنین حضور نانوذرات و کاهش اندازه دانه، افزایش چشمگیر استحکام کششی نانوکامپوزیت را به همراه دارند. البته در درصدهای بالای نانو صفحات گرافن (1 درصد وزنی)، این نانو مواد در مرزدانه ها کلوخه ای شده و باعث کاهش استحکام کامپوزیت شدند. استجکام کششی نانوکامپوزیت قبل و بعد از فرآیند اکستروژن از 212 مگاپاسکال به 374 مگاپاسکال افزایش می یابد. با افزودن 0.5 درصد وزنی گرافن و اعمال فرآیند اکستروژن، 76 درصد بهبود خواص استحکامی نسبت به آلیاژ پایه بدون فاز تقویت کننده بدست آمد.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت ریختگی، نانو صفحات گرافن، ریخته گری گردابی، فرآوری مافوق صوت
  • علی نصیری طوسی*، حسین کشتکار صفحات 145-152
    با توجه به کاهش روز افزون منابع سوخت های هیدروکربنی و همچنین افزایش آلایندگی حاصل از این دسته از سوخت ها، محققین تشویق شده اند تا بدنبال سوخت جایگزین باشند. سوخت گاز طبیعی به دلیل وجود منابع بزرگی از آن و نیز ارزانتر بودن آن از طرف دیگر و نیز میزان آلایندگی اشتعال کمتر آن نسبت به دیگر مشتقات نفتی، مورد توجه خودروسازان قرار گرفته است. شبیه سازی به محققین کمک می کند با صرف هزینه کمتر و در زمان کوتاه تر بتوانند عملکرد یک موتور را با سوخت گاز طبیعی مورد آزمایش قرار دهند. کیوا یکی از قویترین نرم افزار های موجود در شبیه سازی موتور احتراق داخلی می باشد که هم در صنعت و هم نزد پژوهشگران شناخته شده و پرکاربرد است. اما نقطه ضعفی که کیوا دارد، آن است که کیوا قادر به شبیه سازی تزریق سوخت گاز نمی باشد و تنها سوخت مایع همچون بنزین و دیزل را می تواند به درستی شبیه سازی کند. در این پروژه یک زیر برنامه عددی تهیه و به کد عددی کیوا اضافه شد تا به کیوا قابلیت دهد تا سوخت گاز را همانند سوخت های مایع به صورت صحیح مدل سازی کند. برای اطمینان از صحت عملکرد کد تهیه شده، نتایج آن با دو نمونه نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده و نشان داده شد که کد تهیه شده به خوبی می تواند فرآیند تزریق گاز را مدل سازی کند. در این تحقیق سوخت گازی متان در نظر گرفته شده است.
    کلیدواژگان: تزریق سوخت گازی، موتورهای احتراق داخلی، گاز طبیعی، کد عددی کیوا
  • افشین کازرونی*، حسین اکبری صفحات 153-164
    در این مقاله اصول اندازه گیری هم زمان سه بردار متعامد نیرو (Fz، Fy، Fx) و سه بردار متعامد گشتاور (Mz، My، Mx) برای طراحی حسگر نیرو/گشتاور شش محوره مورد توجه قرار گرفته است. در ابتدا، شاخصی جدید (η) برای مقایسه و قضاوت صحیح تر در خصوص کیفیت حسگرهای نیرو/گشتاور شش محوره پیشنهاد داده شده و سپس با استفاده از آن، خطای تداخل چند حسگر در مطالعات قبلی ارزیابی و مقایسه شده اند. در ادامه، با استفاده از فرآیند بهینه سازی عددی، روشی سیستماتیک برای طراحی حسگر نیرو/گشتاور شش محوره توصیف شده است. این شیوه بر مبنای ارتباط متقابل بین الگوریتم برنامه نویسی درجه دوم متوالی (SQP) کد شده در متلب و استفاده از روش تحلیل اجزای محدود (FEM) در نرم افزار انسیس می باشد. هندسه ی انتخاب شده برای سازه ی حسگر از نوع تیرهای متقاطع اصلاح یافته می باشد. خطای تداخل اصلی به عنوان تابع هدف انتخاب شده تا طول چهار متغیر هندسی سازه ی حسگر را بهینه کند. همچنین قیدهای حساسیت کرنش سنج ها، بیشینه تنش اعمالی و طول ابعاد هندسی سازه ی حسگر در مسئله فرمول بندی شده اند. نتایج نشان می دهد که خطای تداخل اصلی طرح حسگر بهینه شده با نسبت گشتاور به نیروی بالا (0.1N.m/N) به زیر 1.49% کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: حسگر نیرو، گشتاور شش محوره، بهینه سازی عددی، تداخل اصلی، سازه ی تیرهای متقاطع
  • پوریا اکبرزاده*، حسن پناهدوست صفحات 165-175
    پدیده کانال با دیواره موج دار متحرک به طور گسترده در اندام های بایولوژیکی نظیر سیستم های گوارشی، دفع ادرار و صفرا مشاهده می شود. همچنین امروزه پمپ های انگشتی، غلتکی و پمپ های مدیریت زباله در صنعت هسته ای نیز بر اساس قوانین دیواره های موج دار متحرک کار می کنند. لذا در این مقاله جریان هیدرودینامیک مغناطیسی نانوسیال در یک کانال منحنی در محیط متخلخل با دیواره موج دار متحرک به همراه چشمه حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. در مطالعه حاضر، جریان تراکم ناپذیر می باشد و معادلات حاکم برای جریان، انتقال حرارت و انتقال جرم با استفاده از فرض طول موج بلند به دست آمده اند. برای حل عددی معادلات، از روش تقریب تفاضل مرکزی و روش ضمنی جعبه ای کلر استفاده شده است. انتقال حرارت به دلیل وجود میدان مغناطیسی کاهش پیدا می کند. همچنین افزایش قدرت چشمه حرارتی و عدد دارسی موجب کاهش انتقال حرارت می گردد. افزایش تخلخل در محیط، سبب افزایش انتقال حرارت می گردد. افزایش قدرت چشمه حرارتی همراه با کاهش سرعت در خط مرکزی کانال در حالت موج دار می باشد. در این مقاله با استفاده از نتایج به دست آمده از حل عددی، اثر کمیت های چشمه حرارتی، عدد دارسی و همچنین تخلخل روی سرعت سیال، دما، تابع نیروی مغناطیسی، افزایش فشار در واحد طول موج ،عدد ناسلت و همچنین پدیده به دام افتادگی جریان مورد بررسی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: جریان با دیواره موج دار، هیدرودینامیک مغناطیسی، نانوسیال، محیط متخلخل، چشمه حرارتی
  • علیرضا یزدانی، آرمان محسنی* صفحات 176-184
    توربین های گازی از اصلی ترین تجهیزات تولید توان در صنایع گوناگون هستند. به جهت بهبود عملکرد این تجهیز، یکی از راه ها بهینه سازی عملکرد آیرودینامیکی پره های ثابت و متحرک است. در مقاله حاضر یک بستر محاسباتی جهت بهینه سازی خودکار آیروترمودینامیکی سه بعدی پره استاتور توربین گاز با استفاده از نرم افزارهای متن باز ارائه می شود. این بستر برای بهینه سازی آیروترمودینامیکی هرنوع پره سه بعدی قابل استفاده است و شامل مدل سازی پارامتری هندسه سه بعدی، تولید شبکه محاسباتی، حل جریان با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی و اعمال الگوریتم بهینه سازی است. برای مدل سازی سه بعدی پره، از مدل سازی دوبعدی با استفاده از منحنی بزیر و تشکیل مدل سه بعدی با خط انباشتگی از نوع اسپلاین استفاده شده است. شبیه سازی جریان سیال با حل جریان تراکم پذیر و لزج حول پره بر شبکه چند بلوکی باسازمان با پردازش موازی انجام شده است و الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی به کار رفته است. بهینه سازی با چهل و پنج متغیر که تغییر ضخامت در پنج مقطع در ارتفاع پره و تغییر در پارامترهای سه بعدی پره یعنی خمیدگی، کشیدگی و پیچش را ممکن می سازند، انجام شده است. در نتیجه بهینه سازی پره با تابع هدف فشار کل خروجی، 5% کاهش ضریب افت فشارکل حاصل شده است. استفاده از نرم افزارهای متن باز در بستر بهینه سازی، حداکثر امکان خصوصی سازی و انجام تنظیمات را برای کاربر فراهم می آورد. نتایج نشان می دهد بستر محاسباتی ارائه شده می تواند به خوبی برای بهینه سازی آیروترمودینامیکی توربوماشین ها به کار گرفته شود.
    کلیدواژگان: بهینه سازی آیروترمودینامیکی، دینامیک سیالات محاسباتی، مدل سازی هندسی، توربین گازی، نرم افزار متن باز
  • فرشید صادقیان، مراد کریم پور، محمدرضا ذاکرزاده*، مصطفی باغانی صفحات 185-193
    ارتزهای زانو و قوزک با در بر گرفتن مفاصل زانو و قوزک پا، به اصلاح الگوی راه رفتن بیماران کمک می کنند. بیماران دارای ضعف عضله ی چهار سر ، به دلیل الگوی سفتی غیر طبیعی مفصل زانو، از محدودیت هایی در حرکات اکستنشن و کنترل فلکشن مفصل زانوی خود در طی سیکل گیت رنج می برند. در این مقاله با طراحی ارتز مناسب با دو مکانیزم متفاوت در طول فاز های ایستادن و گام برداری ، نیاز بیماران مختلف دارای ضعف عضله ی چهار سر پاسخ داده شده است. مکانیزم فاز ایستادن، حرکت مفصل زانو را از لحظه ی تماس اولیه تا انتهای فاز مید-استنس قفل کرده و با توجه به جهت گیری پا بعد از فاز مید-استنس، مفصل زانو می تواند آزادانه فلکشن کند. ابتدا با استفاده از نرم افزار اپن سیم و داده برداری آنالیز حرکت برای هر بیمار، در هر گام زمانی مقدار گشتاور مورد نیاز برای تقلید سفتی مفصل زانوی طبیعی به صورت بهینه شده محاسبه می شود. سپس با استفاده از فنر پیچشی، گشتاور مورد نیاز جهت اصلاح سفتی مفصل زانو دو بیمار با مقدار ضعف عضلانی متفاوت را باز تولید کردیم. با طراحی جداگانه ارتز برای هر بیمار با مقدار ضعف عضلانی مختلف، توانستیم با استفاده از ارتز پیشنهاد شده پروفایل سفتی مفصل سالم را تقلید کرده و امکان تجربه ی سیکل گیت روان تر را برای هر بیمار بوجود بیاوریم. استفاده از این ارتز نه تنها باعث بهبود الگوی گیت بیماران شده بلکه سبب جلوگیری از آسیب به عضلات سالم بیمار نیز می شود.
    کلیدواژگان: ارتز های زانو و قوزک، فنر پیجشی، اپن سیم، سفتی، ضعف عضله ی چهار سر
  • روح الله نوروزی، حامد شهبازی*، کمال جمشیدی صفحات 194-204
    کوادروتور یکی از انواع رباتهای پرنده می باشد که به دلیل ساختار ساده و قابلیت عمود پروازی مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. پایداری این سیستم به دلیل دینامیک شدیدا غیر خطی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. برای پایدارسازی این سیستم در این مقاله کنترلرهای ترکیبی، کنترلرکلاسیک PD و شبکه های عصبی طراحی شده اند. در این مقاله ابتدا به طراحی یک شبکه عصبی با توانایی اموزش برخط پرداخته شده است. سپس یک کنترلر کلاسیک PD با استفاده از روش زیگلر نیکولز بیان شده و سپس با استفاده از یک شبکه عصبی که به صورت انلاین اموزش داده شده، به تنظیم پارامترهای کنترلی این کنترلر پرداخته می شود. برای تعیین کارایی این کنترلرها، شبیه سازی در محیط شبیه سازی متلب انجام گرفت و نتایج به شکل عملی اورده شده است. برای پیاده سازی این کنترلرها روی سیستم واقعی، یک مدل شبیه ساز برای کوادروتور ارائه شده که با پیاده سازی کنترلرهای طراحی شده روی سیستم کارایی انها بر روی سیستم واقعی مشخص گشته است.
    کلیدواژگان: کوادروتور، کنترلر کلاسیک PD، کنترلر PD-عصبی تنظیم گر، کنترلر شبکه عصبی، سیستم شبیه ساز کوادروتور
  • صنم طاهونه، ابراهیم عبدی اقدم* صفحات 205-212
    پدیده ی نشتی مخلوط سوخت و هوا از شکاف های سیلندر-پیستون که به دلیل اختلاف فشار داخل سیلندر و شکاف های متصل به آن اتفاق می افتد، روی عملکرد موتور تاثیرگذار است. درکار حاضر، نتایج تجربی موتورگردانی با سوخت بنزین در نسبت هم ارزی سوخت به هوای 0.9 به کمک تکنیک پرش جرقه از یک موتور پژوهشی تک سیلندر چهار زمانه استخراج شد. مدل نسبتا ساده ی غیر ترمودینامیکی پلی تروپیک-مبنا تعریف و نظریه ی حجم-روزنه نشتی به آن الحاق شد و جریان ازمیان شکاف ها درحالت موتورگردانی بررسی شد.از نکات مثبت این مدل می توان به پیشگویی نشتی سیکل بدون انجام محاسبات پیچیده ی انتقال گرما و ترمودینامیک اشاره کرد. یک مدل تایید شده ی شبیه ساز ترمودینامیکی که به زیرمدل نشتی مجهز است برای تایید مدل پلی تروپیک-مبنای حاضر استفاده شد. فشار سیلندر برآورد شده با مدل شبیه ساز ترمودینامیکی در حالت موتورگردانی با سوخت بنزین در نسبت هم ارزی مذکور انطباق خوبی با فشار اندازه گیری شده بالاخص در محدوده ی فشار بالا داشت. در مدل پلی تروپیک-مبنا، ابتدا به جای فشار تجربی سیلندر، فشار خروجی مدل شبیه ساز ترمودینامیکی وارد و میزان نشتی آن برآورد شد. سپس با ورودی نتایج تجربی فشار سیلندر به مدل پلی تروپیک-مبنا در نسبت هم ارزی 0.9، جرم داخل سیلندر و میزان نشتی به شکاف ها برآورد و با پیشگویی نشتی مدل شبیه ساز ترمودینامیکی مقایسه شد. بین نتایج حاصله و نتایج مدل شبیه-ساز ترمودینامیکی توافق خیلی خوبی مشاهده شد. مدل جدید حداکثر نشتی را 6.88% جرم سیلندر در نزدیکی قله ی فشار نشان دادکه با کاهش فشار در مرحله ی انبساط به0.45% تقلیل یافت.
    کلیدواژگان: نشتی موتور، موتورگردانی، مدل شبیه ساز ترمودینامیکی، پرش جرقه، مدل پلی تروپیک-مبنا
  • جواد واشهری، وحید اصفهانیان* صفحات 213-222
    پدیده گریز حرارتی یکی از انواع تخریب باتری های سرب-اسید است که یک پدیده ناپایداری سیالاتی-حرارتی است و برای شبیه سازی دقیق آن نیاز به روش های دقیق عددی و استفاده از حلگرهای بدون واسطه است. شبیه سازی مرتبه بالای عددی باتری پیش نیاز اعمال روش های بدون واسطه (DNS) برای مطالعه پدیده گریز حرارتی است. در این مقاله برای قدم نخست، با توجه به هندسه ساده باتری روش های طیفی که در شبیه سازی بی واسطه پدیده های سیالاتی-حرارتی زیاد استفاده شده است، به باتری سرب-اسیدی اعمال شده است. چرخه دشارژ، استراحت و شارژ مجدد یک سل باتری سرب-اسید به روش طیفی هم مکانی چبیشف در تلفیق با انتگرال گیری زمانی مرتبه چهارم رانگ-کوتا انجام گرفته است. با توجه به پیچیدگی مساله برای قدم نخست این شبیه سازی در یک بعد انجام شده است تا مشکلات حل عددی آن روشن گردد. دو شبکه ریز و درشت با مرتبه چندجمله ای های چبیشف از مرتبه 12 و 8 مورد استفاده برای شبیه سازی قرار گرفته است. مقایسه مقدار خطا نشان می دهد که دقت به دست آمده به صورت نمایی با تعداد نقاط افزایش پیدا می کند به طوری که با افزایش دو نقطه به شبکه تا 200 برابر خطا کاهش پیدا می کند. همچنین نتایج به دست آمده نشان می دهد که این روش در نرخ های بالای جریان نیز قادر به شبیه سازی باتری است. نتایج شبیه سازی فرایند دشارژ و شار مجدد نشان می دهد که روش طیفی و رانگا-کوتای مرتبه چهارم مناسب برای شبیه سازی های بی واسطه (DNS) باتری برای مطالعه فرایندهای پیچیده اعم از پدیده گریز حرارتی می باشد.
    کلیدواژگان: باتری سرب-اسید، شبیه سازی باتری، روش طیفی، هم مکانی چبیشف، شبیه سازی چرخه
  • معین دعاخوان، منصور کبگانیان*، رضا ندافی صفحات 223-232
    کنترل سمت پهپادها پایه و اساس بسیاری از سیستم های کنترلی نظیر کنترل موقعیت، تعقیب مسیر، تعقیب اهداف متحرک و عبور از موانع به شمار می رود. از این رو طراحی یک کنترل کننده سمت مناسب که توانایی مقابله با اغتشاشات خارجی، کم عملگری مکانیکی، تغییر در مدل یا پارامتر فیزیکی سیستم و برهم کنش میان زیرسیستم های آن را داشته باشد، از مهمترین بخش هایی است که می تواند در کنترل پهپادها مورد بررسی قرار گیرد. هدف از این مقاله، بررسی پایدارسازی و کنترل زوایا و سمت یک کوادروتور بوده که بدین منظور در ابتدا مدل دینامیکی سیستم با استفاده از روش نیوتن-اویلر تعیین شده و پارامترهای مورد نیاز مدل مانند ممان اینرسی، ضریب تراست و ضریب گشتاور درگ به کمک روش های آزمایشگاهی و یک نمونه فیزیکی واقعی شناسایی می گردد. در ادامه با طراحی کنترل کننده PID اصلاح شده و کنترل غیرخطی حالت لغزشی، عملکرد هر کدام از این آنها در تعقیب سمت کوادروتور و تحت شرایط اغتشاش و وجود نویز در سنسورها بررسی و شبیه سازی می شود. در نهایت کنترل کننده های طراحی شده بر روی یک نمونه واقعی سه درجه آزادی پیاده سازی شده و نتایج آزمایشگاهی کنترل کننده های PID اصلاح شده و حالت لغزشی با یکدیگر و با نتایج حاصل از بخش شبیه سازی مقایسه می گردند.
    کلیدواژگان: کوادروتور، پیاده سازی، کنترل سمت، PID اصلاح شده، حالت لغزشی
  • سیما سبحانی راد، عارف افشارفرد* صفحات 233-241
    در این پژوهش یک سیستم برداشت انرژی از ارتعاشات ناشی از گلوپینگ با استفاده از سینک های غیرخطی استحصال انرژی طراحی شده است. به همین منظور، معادلات حرکت و سیستم برداشت کننده ی انرژی نوشته شده است و نتایج تئوری با نتایج آزمایش تجربی مقایسه شده است. سپس، سه گام برای عملکرد موثر سیستم ارائه شده است. در گام اول، سه هندسه ی سطح مقطع برای جسم بلاف بررسی شده است و نتایج با روش هارمونیک بالانس تایید شده است. این نتایج نشان می دهد که سطح مقطع مثلثی می تواند انرژی بیشتری را تولید کند. با استفاده از این نتیجه، در گام دوم تاثیر مقاومت الکتریکی بر سیستم بررسی شده است و نتایج نشان می دهد که بیشترین انرژی برای مقدار مقاومت الکتریکی بیش از 1 MΩ تولید می شود. در سومین گام، تاثیر مقدار جرم نوک بر سیستم بررسی شده است و نشان داده شده است که افزایش مقدار جرم نوک توان تولیدی را افزایش می دهد، در صورتی که دامنه ی ارتعاشات جسم بلاف ثابت باقی می ماند. بنابراین، سیستم برای حداکثر مقدار ممکن جرم نوک یعنی 35.3 gr طراحی می شود. نهایتا، این سیستم با مقطع مثلثی جسم بلاف و مقدار مقاومت الکتریکی میانگین 10 MΩ و در سرعت باد 2.5 m/s می تواند ولتاژ 700 mV را تولید کند. این سیستم با جرم کل کمتر از 500 gr و ارتعاشات با دامنه ی پایین طراحی شده است تا در سرعت های پایین باد، مناسب عمل کند و مدلی کارآمد را برای سیستم های استحصال انرژی با توان کم معرفی نماید.
    کلیدواژگان: استحصال انرژی، بررسی تجربی، گلوپینگ، مواد پیزوالکتریک
  • حامد رضایی، محمدحسین صادقی *، حسن خسرو آبادی صفحات 242-248
    میکروفرزکاری یکی از مهمترین فرآیندهای ساخت قطعات مینیاتوری است که امروزه کاربرد گسترده ای پیدا کرده اند. استفاده از ابزارهای کوچکتر از 1 میلیمتر در این فرایند باعث بروز پدیده «اثر اندازه» و مشکلات ناشی از شخم زنی در پیشروی های پایین می شود. تعیین مقدار مینیمم ضخامت براده ای که باعث کاهش و یا حذف اثر شخم زنی شود از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در این تحقیق به بررسی نقش کاهش مقیاس در فرایندهای فرزکاری با مقیاس میکرو و ماکرو پرداخته شده است. ماده بکار رفته در این تحقیق آلیاژ تیتانیومی Ti-6Al-4V بوده است. از دو ابزار دو پره به قطرهای 0.8 و 2 میلیمتر برای این منظور استفاده شد. تاثیر عمق برش محوری و پیشروی بعنوان پارامترهای ورودی بر مشخصه های خروجی فرایند نظیر انرژی مخصوص، میکروسختی، زبری سطح، توپوگرافی و تشکیل براده مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان از افزایش انرژی مخصوص برش و میکروسختی سطح ماشینکاری شده در مقیاس میکرو داشته است. میکروسختی سطح میکروفرزکاری شده حدود 6 برابر و انرژی مخصوص برش 150% بیشتر از مقیاس ماکرو بوده است. مقدار مینیمم ضخامت براده در میکروفرزکاری این آلیاژ 0.25-0.49 شعاع لبه برنده پیشنهاد می گردد.
    کلیدواژگان: میکروفرزکاری، آلیاژ تیتانیوم، مینیمم ضخامت براده، انرژی مخصوص برش
  • الناز زهروی، ابراهیم شیرانی *، احمدرضا پیشه ور صفحات 249-258
    در مقاله حاضر به بررسی تغییرات شعاع ذرات در روش دینامیک ذره استهلاکی با تغییر نوع و اندازه نیروی بقایی پرداخته می شود. در اکثریت مطالعات گذشته ذرات در روش دینامیک ذره استهلاکی به عنوان نقاط دافعی (بدون شعاع) در نظر گرفته شده اند در صورتی که فقط در حالت نیروی بقایی صفر یا حالت گاز ایده آل نقطه ای بودن ذرات معنی دار است و با افزایش نیروی بقایی اندازه ذاتی ذرات در روش دینامیک ذره استهلاکی که توسط یک ناحیه کروی قابل نفوذ احاطه شده اطرافشان بیان می شود بزرگتر خواهد شد. در ابتدا نیاز به تعریف روش مناسب محاسبه شعاع داریم. روش های مختلف محاسبه شعاع از جمله روابط استوکس-اینشیتین، استوکس و تابع توزیع شعاعی بررسی می شوند و به این نتیجه می رسیم که با توجه به محدودیت های روابط استوکس و استوکس-اینشتین استفاد از تابع توزیع شعاعی روش مناسب محاسبه شعاع می باشد. در ادامه به روند تغییرات شعاع ذرات و پخش آن ها در سیستم با تغییر ضرایب نیروی بقایی خطی استاندارد و نیروی بقایی نمایی پرداخته می شود. در نهایت نشان داده می شود که با استفاده از نیروی بقایی هیریدی نمایی-خطی و انتخاب ضرایب مناسب می توان بدون هزینه محاسباتی اضافه تر، به شبیه سازی ذرات بزرگتر در محلول-های کلوییدی با توزیع مناسب وهمگن پرداخت.
    کلیدواژگان: دینامیک ذره استهلاکی، شعاع ذره، تابع توزیع شعاعی، نیروی بقایی
  • مهدی کریمی فیروزجایی، حسن مسلمی نایینی*، حمیدرضا فرهمند، بهنام عباس زاده، محمد مهدی کسایی صفحات 259-270
    در این مقاله، فرآیند شکل دهی غلتکی سرد لوله فولادی با استحکام بالا با استفاده از چهار نوع الگوی گل دایره ای، لبه ای، دو شعاعی و خمش معکوس به روش اجزای محدود در نرم افزار مارک منتات شبیه سازی شده است. با توجه به اهمیت کیفیت لوله نهایی و به منظور دست یابی به هندسه مطلوب در لوله های فولادی با استحکام بالا، انتخاب الگوی گل مناسب جهت طراحی خط تولید شکل دهی غلتکی لوله مد نظر قرار گرفته است. با استفاده از نتایج شبیه سازی اجزای محدود، تغییر شکل ورق در این فرآیند مورد مطالعه قرار گرفته و تاثیر نوع الگوی گل روی هندسه محصول نهایی که شامل توزیع انحنا، برگشت فنری و توزیع ضخامت لوله می باشد، بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که استفاده از الگوی گل خمش معکوس منجر به کاهش انحراف از انحنای میانگین در ناحیه لبه ورق تا حدود 65 درصد می گردد. بررسی توزیع ضخامت نشان می دهد که الگوی گل دایره ای و لبه ای به ترتیب موجب له شدگی و نازک شدگی لبه ورق تا میزان 0.2 میلی متر می شوند. اما استفاده از الگوهای دو شعاعی و خمش معکوس موجب می شوند تا میانگین ضخامت ناحیه لبه به خوبی اصلاح شده و به 2.8 میلی متر برسد. هم چنین الگوی گل دایره ای، کم ترین مقدار برگشت فنری از لحاظ تغییر میانگین انحنای نسبی به میزان 0.69 درصد و انحراف لبه به میزان 0.15 میلی متر را دارد. به منظور صحت سنجی شبیه سازی اجزای محدود، آزمایش های تجربی برای یک ایستگاه شکل دهی طراحی و انجام شد. با مقایسه داده های حاصل از آزمایش های تجربی با نتایج شبیه سازی، صحت شبیه سازی اجزای محدود تایید شد.
    کلیدواژگان: شکل دهی غلتکی سرد لوله، طراحی الگوی گل، توزیع انحنا و ضخامت، برگشت فنری، روش اجزای محدود
  • فرشید مسیبی*، محمد جواد باهنر، آزیتا اسعدی صفحات 271-280
    در اکثر رشته های مهندسی نیاز به حل معادلات دیفرانسیل پاره ای وجود دارد. محاسبه جواب دقیق برای این دسته از معادلات به جز در موارد خاص امکان پذیر نمی باشد، که این امر باعث افزایش اهمیت روش های عددی می شود. همگام با پیشرفت در علم و تکنولوژی روش های جدیدی برای حل معادلات دیفرانسیل پاره ای ارائه شده است. از جمله این روش ها می توان به روش های بدون شبکه اشاره کرد. یکی از این روش ها که در سال های اخیر توسعه یافته است، روش بدون شبکه توابع پایه نمایی تعمیم یافته می باشد. در این روش تابع مجهول به صورت ترکیب خطی از توابع نمایی در نظر گرفته می شود. در مسائل خطی ضرایب به صورتی محاسبه می شوند که فرم همگن معادله در نقاط شبکه به صورت دقیق برآورده شود. برای حل مسائل غیرخطی، معادله دیفرانسیل و شرایط مرزی با استفاده از رویکرد نیوتن-کانترویچ، خطی سازی و حل می شوند. در این مقاله این روش به مسائل وابسته به زمان توسعه داده شده است. به منظور بررسی کارایی روش مسائل خطی و غیرخطی وابسته به زمان در مکانیک جامدات با بهره گیری از این روش بررسی شده است. مقایسه نتایج حاصل از روش پیشهادی با جواب های تحلیلی نشان از دقت مناسب (خطای کمتر از 1 درصد) روش ارائه شده دارد.
    کلیدواژگان: روش توابع پایه نمایی تعمیم یافته، روش های عددی، روش های بدون شبکه، مسائل خطی و غیرخطی، پیمایش زمان
  • علی جعفری نژاد، ابراهیم حاجی دولو *، سید سعید بحرینیان صفحات 281-291
    حفاری زیر تعادلی و حفاری با فشار کنترل شده با فوم به علت مزایای زیاد آن مورد توجه شرکت های نفتی جهان قرار گرفته است. از مزایای این روش، تولید نفت و گاز از سازند در حین حفاری، سرعت بالای حفاری، طولانی تر شدن عمر مته، انتقال بهتر کنده ها و کاهش آسیب به سازند است. در این پژوهش حمل کنده ها در حفاری با فوم مورد بررسی قرار گرفته است که در آن فوم به صورت یک سیال تک فاز، همگن، تراکم پذیر و غیرنیوتنی قانون توانی در نظر گرفته شده و فرضیات و معادلات حاکم بر مدل دو سیالی گذرا در دستگاه اویلر-اویلر برای جریان سیال-ذره (فوم و کنده ها) بیان شده است. برای گسسته سازی معادلات از روش بالادست استفاده شده است و نتایج حاصل از حل عددی در قالب تغییرات فشار، سرعت، غلظت کنده ها، کیفیت و چگالی فوم در طول چاه بیان شده اند. تاثیر سرعت حفاری، میزان تزریق گاز و مایع، شکل و اندازه ی کنده ها، پس فشار، ورود سیالات سازندی و تولید نفت و گاز بر غلظت کنده ها و فشار ته چاه بررسی شده است. فشار ته چاه با افزایش پس فشار، اندازه ی کنده ها، سرعت حفاری و افزایش دبی تزریق گاز و مایع، افزایش یافته و با کاهش آن ها کاهش می یابد. غلظت کنده ها در طول چاه با افزایش دبی تزریق گاز و مایع کاهش یافته و با افزایش اندازه ی کنده ها، سرعت حفاری و پس فشار، افزایش می یابد. برای صحت سنجی، نتایج حاصل از حل عددی با داده های میدانی حاصل از حفاری چاه FR-1 واقع در ایالت سانتاکاترینای برزیل مقایسه شده که حدود 16.5 درصد خطا داشته است.
    کلیدواژگان: دوفاز، تراکم پذیر، غیرنیوتنی، حفاری
  • شهاب زارع حسین آبادی، مهدی فکور*، رهام رفیعی صفحات 292-300
    در این مقاله یک معیار کلی برای پیش بینی شکست تحت بارگذاری مود ترکیبی I/II برای مواد اورتوتروپیک ارائه شده است. تست های مختلف صورت پذیرفته در قطعات اورتوتروپیک نشان می دهد که همواره ترک در راستای الیاف و در بستر ایزوتروپیک رشد می کند. با استفاده از مدلی به نام مدل ایزوتروپیک تقویت شده معادل می توان به بررسی و تعمیم معیارهای مواد ایزوتروپیک به مواد اورتوتروپیک بهره برد. با استفاده از این واقعیت، این ایده القاء می شود که شکست مواد اورتوتروپیک ترک دار باید از معیارهای شکست مواد ایزوتروپیک تبعیت نماید. این معیار جدید از توسعه معیار ماکزیمم تنش محیطی به محیط ایزوترپیک تقویت شده بهره برده شده است. همچنین در این پژوهش نقش ترم تنش T در شکست این مواد مورد بررسی قرار گرفته شده است. از بررسی نتایج این معیار و مقایسه آن با داده های تجربی موجود، نشان داده می شود که در این معیار هم جهت رشد ترک و هم لحظه رشد ترک را به درستی پیش بینی می نماید. همچنین نشان داده شده است که تنش غیر سینگولار T بر روی شکست مواد اورتوتروپیک تاثیر بسزایی دارد، خصوصا زمانی که مود دوم مود غالبی باشد. در این مقاله بیان می شود که برخلاف مواد ایزوتروپیک، چقرمگی شکست مواد اورتوتروپیک در مود I نشان دهنده حداکثر تحمل ماده ترک دار در مود I نیست و بر این اساس یک خاصیت جدید برای این گونه مواد تعریف می شود. با توجه به سهولت دسترسی، از چوب به عنوان ماده آزمایشگاهی برای بررسی و مقایسه نتایج استفاده شده است.
    کلیدواژگان: معیار شکست مود ترکیبی، ماده ایزوتروپیک تقویت شده، معیارحداکثر تنش محیطی، ترم تنش T
  • محمود چهارطاقی*، محمد شیخی صفحات 301-311
    در این مقاله به مدل سازی سیستم تولید همزمان گرمایش و برق با محرک اولیه موتور استرلینگ پرداخته شده است. سیستم مورد بررسی متشکل از یک موتور استرلینگ نوع بتا به عنوان محرک اولیه، سیستم یازیافت حرارت، ژنراتور برق و بویلر کمکی می باشد. تحلیل بکار برده شده در مورد موتور استرلینگ، تحلیل آدیاباتیک غیرایده آل می-باشد. برای افزایش دقت مدل سازی، تلفات اصطکاکی و حرارتی موتور استرلینگ نسبت به تحقیقات گذشته مورد بررسی قرار گرفته و تحلیل آدیاباتیک غیرایده آل با استفاده از کد عددی توسعه داده شده در نرم افزار متلب، انجام شده است. برای اعتبار سنجی مدل، از مشخصات هندسی و عملکردی موتور استرلینگ جی پی یو 3 استفاده شده و نتایج با نتایج آزمایشگاهی و سایر مدل های گذشته مورد مقایسه قرار گرفته است. سپس یک موتور استرلینگ نوع بتا به عنوان محرک اولیه سیستم تولید همزمان جهت کاربرد های ساختمانی پیشنهاد شده است. استفاده از سیستم های تولید همزمان در کاربردهای ساختمانی وقتی متداول تر می شود که سیستم از لحاظ میزان مصرف سوخت و انتشار آلایندگی در مقایسه با سیستم های تولید انرژی سنتی، مزیت قابل توجهی داشته یاشد. بدین منظور تاثیر فرکانس موتور، طول بازیاب و دمای منبع گرم روی درصد کاهش مصرف سوخت و انتشار آلایندگی سیستم مورد بررسی قرار گرفته و مقادیر مناسب برای پارامترهای طراحی موتور، انتخاب شده است. در نهایت توان الکتریکی و حرارتی به ترتیب برابر با 11263 W و 21653 W و درصد کاهش مصرف سوخت و انتشار آلایندگی به ترتیب برابر با 37% و 42% نسبت به سیستم های متداول تولید انرژی حاصل شدند.
    کلیدواژگان: سیستم تولید همزمان گرمایش و برق، موتور استرلینگ، تحلیل آدیاباتیک، نرم افزار متلب، جی پی یو 3
  • وحید نوروزی فرد، ابراهیم علیزاده*، سید میثم حسینی، محمد رضایی فیروزجایی، سید حسین مسروری سعادت صفحات 312-320
    اختلاف زیاد بین دمای محیط و مایعات برودتی در مخازن ذخیره این مایعات موجب می شود تا انتقال حرارت از طریق تکیه گاه های بین مخزن داخلی و خارجی از اهمیت بالایی برخوردار باشد. در کنار انتقال حرارت پایین، استحکام بالا نیز از جمله پارامترهای مهم در طراحی تکیه گاه های مخازن برودتی محسوب می شود. مواد پلیمری از لحاظ پایین بودن ضریب رسانایی شرایط مطلوبی دارند اما از نظر خواص مکانیکی دارای استحکام پایین تری نسبت به فولادها هستند. هدف این تحقیق ارائه یک تکیه گاه جدید مرکب جهت استفاده در مخازن برودتی است که از نظر انتقال حرارت و استحکام بیشترین بازده را داشته باشد. در این طرح، تکیه گاه از دو قسمت پلیمری و فولادی چند لایه ساخته شده است. مقاومت حرارتی بین لایه ها در قسمت فولادی، انتقال حرارت این بخش از تکیه گاه را محدود می کند. برای محاسبه میزان دقیق مقاومت حرارت تماسی بین لایه ها در فشارها و دماهای مختلف، یک مدل تحلیلی توسعه یافته است. مدل المان محدود مکانیکی-حرارتی برای مطالعه انتقال حرارت تکیه گاه پیشنهادی توسعه یافته و به کمک کد المان محدود ANSYS حل شده است. نتایج المان محدود شامل توزیع دما و شار حرارتی عبوری برای تکیه گاه پیشنهادی و یک تکیه گاه پلیمری مقایسه شده اند. نتایج شار حرارتی عبوری کاهش میزان شار حرارتی عبوری از تکیه گاه مرکب پیشنهادی در بارگذاری استاتیک مخزن را در مقایسه با تکیه گاه ساخته شده از بلوک پلیمری نشان می دهد.
    کلیدواژگان: مخزن مایعات برودتی، مقاومت حرارت تماسی، تحلیل مکانیکی-حرارتی، تکیه گاه داخلی، آنالیز المان محدود
  • سید محمد پورفاطمی، روح الله احمدی* صفحات 321-332
    اهمیت و تقاضای انرژی و آب باکیفیت بالا در سال های اخیر به طور قابل ملاحظه ای افزایش یافته است و این روند به شدت ادامه خواهد یافت. یکی از راه های حل معضل کمبود آب، شیرین سازی آب شور اقیانوس ها به روش حرارتی است و اگر حرارت مورد نیاز آن ها توسط هدر رفت حرارتی یک سیکل نیروگاه حرارتی تامین شود، قابل رقابت با سایر روش ها است. در این مقاله، از سیکل حرارتی ترکیبی پیل سوختی اکسید جامد و توربین گازی به عنوان تامین کننده ی حرارت مورد نیاز، استفاده شده است. در اینجا، ترکیب ارائه شده از این دو سیستم به همراه سیستم آب شیرین کن حرارتی چند مرحله ای موجب کاهش مصرف انرژی، کاهش آلایندگی، کاهش هزینه های سرمایه گذاری و تعمیر و نگهداری و افزایش راندمان در مقایسه با سیستم های مستقل می باشد. تحلیل های اگزرژی و اقتصادی مجموعه سیستم ترکیبی توسط برنامه رایانه ای در EES صورت پذیرفت. نتایج تحلیل سیستم ترکیبی منجر به ارائه سیستمی با راندمان حرارتی و اگزرژی، 60% و 57% گردید. هزینه و درآمدهای موجود در سیستم تخمین زده شده و اثرات دو پارامتر مهم طراحی، یعنی دمای عملکرد و چگالی جریان پیل سوختی بر دو مشخصهی بازده اگزرژی و هزینهی تولید الکتریسیته مورد بررسی قرارگرفته است. سپس، قابلیت اطمینان و دسترسپذیری سیستم مورد مطالعه به روش مارکوف به میزان 0.842 محاسبه شده است. پس از تحلیل قابلیت اطمینان و محاسبه دسترس پذیری می توان مشاهده کرد بازده اگزرژی و انرژی کاهش یافته و هزینهی تولید واحد الکتریسیته 8.8% افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: آب شیرین کن حرارتی، تحلیل اگزرژی-اقتصادی، پیل سوختی اکسید جامد، توربین گازی، قابلیت اطمینان
  • شهاب شجاعی، رامین هاشمی*، داود رحمت آبادی صفحات 333-340
    نمودارهای حدشکل دهی در حقیقت محدوده ی ترکیب کرنش هایی است که شروع گلویی موضعی را مشخص می کنند. پارامترهای مختلفی مانند ضخامت ورق، عیوب ساختاری، دما، مسیر بارگذاری، سرعت شکل دهی و غیره روی این نمودارها تاثیرگذار هستند که یکی از تاثیرگذارترین آن ها سرعت شکل دهی است که در شکل دهی ورق-ها، ارتباط مستقیمی با سرعت پرس دارد. در این تحقیق نمودار حدشکل دهی برای ورق های آلومینیوم 6061 با ضخامت 3mm در سرعت های 20، 100 و 200mm/min به صورت تجربی و 20، 100، 200، 500 و 800mm/min به صورت عددی محاسبه شده است. تست های تجربی به صورت تست بالج توسط پرس هیدرولیک و قالب فولادی روی ورق هایی که در شش اندازه مختلف مطابق استاندارد آماده شده اند، انجام گرفت. همچنین مدل سازی عددی با استفاده از نرم افزار اجزای محدود آباکوس و معیار بیشینه شتاب کرنش بزرگ با وارد کردن داده های مدل جانسون کوک انجام شد. صحت نتایج تجربی و مدل سازی توسط بررسی محل پارگی و میزان هم خوانی نمودارهای حد شکل د هی رسم شده از دو روش، بررسی شد و نتایج نشان داد که داده های تجربی و عددی با خطای قابل قبول با هم هم خوانی دارند. همچنین مشاهده شد با افزایش سرعت پرس نمودار حد شکل دهی افزایش می یابد به گونه ای که با افزایش سرعت پرس از 20mm/min به 200mm/min، نمودار 30% بهبود یافته است. این تغییرات می تواند دلایل مختلفی مثل اثر اصطکاک و شرایط تماسی بین قالب و ورق داشته باشد، زیرا در سرعت پایین (نرخ کرنش کمتر از 100میلی متر بر ثانیه) و دمای محیط اثر نرخ کرنش و اینرسی جرم بر شکل پذیری بسیار اندک است.
    کلیدواژگان: نرخ کرنش، نمودار حد شکل دهی، آلومینیوم 6061
  • علیرضا نجفی عامل، شهریار کوراوند *، پیام زرافشان، علی ماشاءالله کرمانی، مرتضی خشه چی صفحات 341-349
    در این مقاله بهینه سازی زاویه تقدم فاز موتور استرلینگ آلفا به روش عددی گام به گام انجام شده است. پس از بررسی شیوه عملکرد انواع موتورهای استرلینگ، به مطالعه تاثیر زاویه تقدم فاز بر میزان توان و راندمان موتورهای استرلینگ آلفا پرداخته شد. مدل سازی سینماتیکی حجم های متغیر تراکمی و انبساطی به کمک نرم افزار ADAMS انجام گردیده است. سپس خطی سازی معادلات ترمودینامیکی براساس تحلیل سیکل استرلینگ به صورت ایزوترمال و پنچ حجمی آدیاباتیک برای بدست آوردن حل اولیه پارامترهای تاثیر گذار آن بر میزان توان و راندمان انجام شد. برای بهینه سازی تقدم فاز حرکتی پیستون های تراکمی و انبساطی، حل عددی گام به گام سیکل استرلینگ انجام گردید. مقایسه حل عددی با داده های تجربی نشان دهنده درصد خطای کمتر از 5.3 می باشد. نتایج شبیه سازی زاویه تقدم فاز بهینه را 103 درجه نشان می دهد. در این زاویه بهینه نتایج نشان از افزایش 4.8 درصدی توان خروجی نسبت به توان خروجی در زاویه تقدم 90 درجه مرسوم را نشان می دهد. نتایج شبیه سازی نشان از بهبود 1.2 درصدی راندمان موتور استرلینگ آلفا با تنظیم این زاویه تقدم فاز نسبت به راندمان در زاویه تقدم 90 درجه دارد.
    کلیدواژگان: تقدم فاز، موتور استرلینگ آلفا، تحلیل پنچ حجمی آدیاباتیک، تحلیل ایزوترمال، حل عددی گام به گام
  • مجتبی طحانی *، وحید اصفهانیان، محمد فریدون نژاد صفحات 350-358
    در پژوهش های مرتبط با توربین های دارای کانال به منظور لحاظ کردن اثرات کانال، روند حل اغلب وابسته به پارامترهای برخاسته از تست های تجربی و یا دینامیک سیالات محاسباتی است. در پژوهش حاضر هدف ارائه روشی به منظور در نظرگرفتن اثرات کانال جریان و همچنین هاب توربین بر عملکرد توربین بادی، بدون نیاز به تست های هزینه بر تجربی و شبیه سازی های عددی زمان بر است. بدین منظور از روش جریان پتانسیل استفاده می شود و تنها ضرایب برآ و پسا به عنوان ورودی مساله در نظر گرفته می شوند. روش گردابه های سطح و تئوری خط برآزا بر پایه قانون بایوت-ساوارات به عنوان روش های عددی به منظور تحلیل عملکرد توربین بادی محور افقی دارای کانال استفاده شده اند. با استفاده از نرم افزار متلب الگوریتم ارائه شده برنامه نویسی شده است. اعتبارسنجی روش با استفاده از نتایج تجربی توربین بادی محور افقی دارای کانال دانکی انجام شده است. نتایج بدست آمده تطابق قابل قبولی با نتایج تجربی موجود در مراجع دارند. به منظور نشان دادن تاثیر کانال بر عملکرد توربین بادی، توان خروجی توربین دارای کانال با توان خروجی همان توربین در حالت بدون کانال مقایسه شده است. منحنی توان نشان دهنده افزایش توان خروجی در حالت دارای کانال است.
    کلیدواژگان: توربین بادی دارای کانال، جریان پتانسیل، روش گردابه های سطح، تئوری خط برآزا
  • اسما دهقان، علی کشاورز ولیان*، علیرضا بتویی، حجت صابری نژاد صفحات 359-366
    یکی از مهم ترین مشخصه های جریان در مبدل های حرارتی موتور استرلینگ، نوسانی بودن جریان است. در این تحقیق جریان رفت و برگشتی در خنک کن موتور استرلینگ به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. حل عددی بر اساس روش حجم محدود و الگوریتم فشار مبنا در کد تجاری نرم افزار فلوئنت انجام شده است. مبدل حرارتی از نوع پوسته و لوله، مایع-گاز است. سیال عامل به صورت گاز، در داخل لوله ها و سیال خنک کننده، آب در اطراف لوله ها در جریان است. ضریب انتقال حرارت، اختلاف دمای سیال عامل و دیواره، عدد ناسلت و ضریب اصطکاک در فشار کاری و فرکانس نوسان متفاوت برای سه سیال هلیم، کربن دی اکسید و نیتروژن بدست آورده شده است. عدد ناسلت، ضریب انتقال حرارت و اختلاف دمای سیال عامل و دیواره، با افزایش فرکانس نوسان و فشار کاری افزایش می یابد و ضریب اصطکاک کاهش می یابد. هلیم دارای بیشترین ضریب انتقال حرارت و ضریب اصطکاک و کمترین اختلاف دما بین سیال عامل و دیواره است. در بیشترین فشار کاری و فرکانس نوسان، بیشترین عدد ناسلت و کمترین ضریب اصطکاک برای کربن دی اکسید بدست آمد. در انتها، رابطه ای برای عدد ناسلت و ضریب اصطکاک برای هلیم، کربن دی اکسید و نیتروژن برای محدوده عدد رینولدز جنبشی 2.96-212.50 با مقدار خطا %0.23-8.07 پیشنهاد شده است.
    کلیدواژگان: جریان نوسانی، خنک کن، مبدل پوسته و لوله، عدد ناسلت، ضریب اصطکاک
  • احمد مشایخی، سعید بهبهانی*، فنی فیکوچیلو، برونو سیسیلیانو صفحات 367-374
    در این مقاله معیار پایداری یک ربات لامسه ای با استفاده از روش لیاپانوف ارائه شده است. ربات به صورت جرم و میرائی مدل شده، که وظیفه دارد تماس با جسم مجازی با فنریت و میرائی مشخص را شبیه سازی نماید. معادلات دینامیکی و معادلات فضای حالت با فرض کوچک بودن مقادیر زمان نمونه برداری، تاخیر زمانی و ضریب میرایی مجازی استخراج گردیده اند. تابع لیاپانوفی متشکل از مجموع انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل سیستم، به علاوه دو تابع مجهول در نظر گرفته شده است. این دو تابع مجهول، هر کدام تابع یکی از حالت های سیستم (مکان یا سرعت) هستند. این دو تابع به شکلی تعیین شده اند که از یکسو تابع لیاپانوف مثبت معین باشد و از سوی دیگر با منفی قرار دادن مشتق زمانی تابع لیاپانوف، معیار پایداری ربات لامسه ای بدست آید. شرط پایداری بدست آمده از این روش، معیاری خطی بین بیشینه سفتی قابل شبیه سازی، ضریب میرایی جسم مجازی، میرایی ربات لامسه ای، زمان نمونه برداری و تاخیر زمانی است، که با روابطی که قبلا توسط روش های خطی بدست آمده تایید می گردد. تحلیل ارائه شده در این مقاله از این حیث حائز اهمیت است که می توان این روش را تعمیم داده و با اضافه کردن ترم هایی به تابع لیاپانوف محدویت های موجود در مساله را برطرف نموده و برخی عوامل غیرخطی را نیز در تحلیل پایداری لحاظ نمود. معیار ارائه شده و نتایج حاصل از آن توسط آزمایشاتی بر روی ربات کوکا صحه گذاری شده اند.
    کلیدواژگان: پایداری، تابع لیاپانوف، ربات لامسه ای، روش های مبتنی بر انرژی
  • امین فرخ ابادی *، حمیدرضا مددی صفحات 375-384
    در بررسی رفتار مواد مرکب در شرایط مختلف بارگذاری، انواع متنوعی از مودهای خرابی ممکن است ایجاد شوند که تاثیر بسزایی در نحوه عملکرد و خواص سازه دارند. در این مقاله با در نظرگیری مود های خرابی محتمل در مقیاس میکرو و توسعه آن ها در مقیاس ماکرو به مطالعه پاسخ چندلایه های متعامد در حضور خرابی به صورت عددی پرداخته می شود. بدین منظور در مقیاس میکرو اثر پیدایش و رشد جدایش اتصال الیاف از ماتریس و متعاقبا شکل گیری ترک ماتریسی موردبررسی قرار می گیرد. در ادامه و در مقیاس ماکرو به بررسی جدایش بین لایه ای ناشی از ترک ماتریسی پرداخته می شود. به منظور مدل سازی مود خرابی جدایش اتصال الیاف از ماتریس که یکی از اولین مودهای خرابی حاکم هست، از روش ناحیه چسبنده استفاده می شود و با شبیه سازی نتایج مربوط به جدایش فایبر از ماتریس، روش توسعه یافته در این مقاله با نتایج پژوهش-های صورت گرفته صحت سنجی می شود. در ادامه، به منظور در نظرگیری مود خرابی ترک ماتریسی، از روش المان محدود تعمیم یافته استفاده گردیده و درنهایت جدایش بین لایه ای ناشی از ترک ماتریسی با به کارگیری ناحیه چسبنده شبیه سازی می گردد. بدیهی است که در مطالعه موجود برهمکنش ناشی از این سه مود خرابی به صورت همزمان موردمطالعه قرار می گیرد. به طورکلی مدل سازی این حجم از فایبر و ماتریس به کمک اسکریپت نویسی در زبان برنامه نویسی پایتون در نرم افزار آباکوس صورت گرفته و روش شبیه سازی و حل مبتنی بر استفاده از روش المان محدود و نرم افزار آباکوس می باشد.
    کلیدواژگان: مایکرومکانیک، المان حجمی نماینده، ناحیه چسبنده، ترک ماتریسی، جدایش بین لایه ای، المان محدود توسعه یافته
  • علیرضا شهریاری، حمیدرضا عاشوری نژاد* صفحات 385-396
    در مقاله حاضر، انتقال حرارت و تولید آنتروپی در جابجایی رایلی- بنارد نانوسیال ها تحت تاثیر میدان مغناطیسی در محفظه بسته به روش شبکه بولتزمن مورد مطالعه قرار گرفته است. دیواره های سمت چپ و راست محفظه هر دو صاف و نسبت به عبور حرارت و جرم عایق شده اند. دیواره پایین محفظه گرم و دارای هندسه موجی و دیواره صاف بالایی در دمای سرد قرار دارد. به علت تغییرات ناچیز چگالی، از تقریب بوزینسک استفاده شده است که باعث تاثیرپذیری میدان هیدرودینامیکی از میدان حرارتی می گردد. برای توابع توزیع چگالی و انرژی از آرایش شبکه D2Q9 استفاده شده است. مطالعه برای اعداد رایلی 104، 103و105، اعداد هارتمن 60 ،30 ،0 و 90 و کسر حجمی های 0 تا 0.04 از نانوذرات مس، اکسید مس و اکسید آلومینیم در سیال پایه آب انجام شده است. نتایج نشان می دهند که با افزایش عدد رایلی و افزایش کسر حجمی نانوذرات، عدد ناسلت و تولید آنتروپی افزایش ولی با افزایش عدد هارتمن عدد ناسلت و تولید آنتروپی کاهش می یابند. بااین حال با توجه به عدد رایلی، افزایش عدد هارتمن می تواند سبب تقویت یا تضعیف اثر نانوذرات بر روی انتقال حرارت و تولید آنتروپی شود. علاوه بر این نشان داده شده است بیشترین مقدار انتقال حرارت و تولید آنتروپی متعلق به نانوسیال شامل نانوذرات مس و کمترین مقدار تابع عدد رایلی هست. درنهایت این مطالعه می تواند یک دید کلی برای افزایش انتقال حرارت با در نظر گرفتن اتلافات انرژی در محفظه هایی شامل جابجایی رایلی- بنارد نانوسیال ها در معرض میدان مغناطیسی را فراهم آورد.
    کلیدواژگان: تولید آنتروپی، نانوسیال، میدان مغناطیسی، دیواره موجی، روش شبکه بولتزمن
  • فریدون ثابت قدم *، عبدالله شجری قاسم خیلی صفحات 397-404
    مقاله پیش رو روشی جدید برای اعمال شرایط عدم لغزش\عدم نفوذ بر روی مرزهای نامنظم مستغرق در یک جریان سیال تراکم-ناپذیر لزج در فرمولاسیون تاوایی-تابع جریان ارایه می کند. در این روش، انتگرال گیری در زمان به صورت شبه ضمنی انجام می-شود، به نحوی که در هر گام زمانی معادلات تاوایی-تابع جریان به دو معادله هلمهولتز و پواسون تبدیل می شوند. به سمت راست این معادلات جمله های چشمه تکینه ای، در درون ناحیه جامد، اضافه می شوند به طوری که بتوان بر روی یک شبکه دکارتی، شرایط مرزی دلخواه را به آنها اعمال کرد. جمله های چشمه با استفاده از روش مسایل معکوس به نحوی پیدا می شوند که شرایط مرزی مناسب به معادلات تاوایی-تابع جریان اعمال شوند. در نهایت با معلوم شدن این جملات چشمه، معادلات پواسون و هلمهولتز با استفاده از حلگرهای سریع پواسون و هلمهولتز بر روی یک شبکه دکارتی حل می شوند. به دلیل استفاده از حل گرهای سریع، این روش در دسته روش های دارای راندمان زیاد، با هزینه محاسباتی از مرتبه NlogN، قرار می گیرد؛ و همچنین سادگی اعمال آن به مسایل با مرزهای نامنظم باعث انعطاف پذیری آن می شود. به منظور نشان دادن توانایی روش در استخراج جواب های فیزیکی، روش پیشنهاد شده برای تحلیل جریان در یک کانال دارای یک مانع جامد مربعی استفاده شده و انطباق نتایج با نتایج تایید شده قبلی نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: جریان سیال تراکم ناپذیر لزج، فرمولاسیون تاوایی، تابع جریان، جسم جامد مستغرق، جمله چشمه تکینه
  • مصطفی سفیدگر *، رامین سیجانیوندی، مجید سلطانی، محمدحسین حامدی صفحات 405-410
    در این مقاله الگوریتم عددی تخمین پارامتر بر مبنای روش های معکوس به منظور استخراج ضریب نفوذ موثر بافت براساس توزیع ردیاب تجربی استفاده شده است. الگوریتم با استفاده از داده های مجازی که از طریق اضافه کردن نویز به داده های عددی بدست آمده از مسئله مستقیم مورد بررسی قرار گرفته است. یک مدل جامع نفوذ-جابه جایی-واکنش برای به دست آوردن توزیع ردیاب برش نگاری با نشر پوزیترون در بافت سرطان با شبکه مویرگی استفاده شده است. این مدل به دلیل در نظر گرفتن مدل جامعی از تمام فرآیندهای انتقال در بافت در این مطالعه استفاده شده است. در این کار برای بدست آوردن توزیع دقیق ردیاب در بافت، از معادله جامع نفوذ-همرفت-واکنش که یک معادله مشتقات جزیی است استفاده شده است. ردیاب مورد نظر در این کار فلوئورودی اکسی گلوکز است. حل مسئله معکوس برای تخمین ضریب نفوذ موثر بافت تومور بر پایه ی کمینه کردن نرم حداقل مربعات است. روش استفاده شده در این کار تکنیک لونبرگ مارکواردت است. حل مسئله تخمین پارامتر به وسیله تکنیک لونبرگ مارکواردت نیازمند محاسبه ماتریس حساسیت می باشد که المان های آن ضرایب حساسیت می باشند. ضرایب حساسیت که میزان تغییرات غلظت نسبت به تغییرات ضرایب نفوذ را نشان می دهند با مشتق گرفتن از معادله غلظت بدست آمده است. معادلات توزیع غلظت و ضرایب حساسیت به روش حجم محدود حل می شوند. نتایج نشان می دهد که الگوریتم معکوس قادر به تخمین پارامتر ضریب نفوذ موثر بافت است.
    کلیدواژگان: تخمین پارامتر، روش معکوس، مدل جامع نفوذ-جابه جایی-واکنش، ضریب نفوذ موثر
  • هادی دلاوری*، عاطفه عزیزخانی، پویا شیوعی صفحات 411-419
    صرفه جویی در انرژی، نسبت پایین جرم ربات به جرم قابل حمل، قابلیت بیشتر کار در محیط های مختلف، حمل آسان تر قطعات و هزینه ی تولید پایین تر در ربات های انعطاف پذیراین ربات ها را نسبت به ربات های صلب برای بسیاری از محققان و صنایع جذاب تر کرده است. اما به دلیل غیرخطی بودن سیستم ربات انعطاف پذیرو ارتعاشات بالای آن در نقاط کاری و همچنین حساسیت بیشتر نسبت به اغتشاشات خارجی، کنترل این نوع ربات ها دشوارتر و پیچیده تر است. در این مقاله یک کنترل کننده براساس حسابان مرتبه کسری برای رباتهای انعطاف پذیربصورت عملی پیاده سازی می شود. ابتدا مدل دینامیکی یک ربات تک لینکی انعطاف پذیرمعرفی می شود. سپس بر روی یک ربات تک لینک انعطاف پذیرکه در آزمایشگاه ساخته شده است، کنترل کننده های مختلف از جمله کنترل کننده فازی، کنترل کننده PID و کنترل گشتاور PID مرتبه کسری به صورت عملی در آزمایشگاه پیاده سازی شده و سپس عملکرد هر یک از کنترل کننده ها در کاهش ارتعاشات بازو در نقطه ی مطلوب نهایی و کاهش خطای ردیابی بررسی می گردد. علاوه بر این، برای مقایسه کنترل کننده های طراحی شده از نظر مقاوم بودن، یک اغتشاش ثابت و یکسان به همه کنترل کننده ها اعمال شده و عملکرد آن ها مقایسه می گردد. در پایان نتایج حاصل شده از شبیه سازی و پیاده سازی آزمایشگاهی ربات، نشان می دهد که کنترل گشتاور PID مرتبه کسری بهترین نتایج را در میان کنترل کننده های پیاده سازی شده دارد.
    کلیدواژگان: ربات تک لینک انعطاف پذیر_ حسابان مرتبه کسری، کنترل کننده فازی، کنترل کننده PID مرتبه کسری، اغتشاش، خطای ردیابی
  • سینا صباغی فرشی، امیر راستی، محمدحسین صادقی*، جواد هاشمی خسروشاهی صفحات 420-428
    در این پژوهش فرایند انطباق تداخلی و تاثیر آن بر عمر خستگی قطعات سوراخ داری از جنس فولاد AISI4340 سخت کاری شده به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور، پین هایی از جنس تنگستن کارباید درون قطعات فولادی جازده شده و تحت آزمون خستگی با نسبت بار صفر و فرکانس 10 هرتز قرار گرفتند. این آزمایش ها برای نمونه هایی با 5 سطح تداخل و دو بار تکرار صورت گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که نیروی فشاری لازم برای جازنی پین در سوراخ با افزایش اندازه تداخل بیشتر می شود. بیشترین مقدار این نیرو نیز زمانی بود که پین به سطح زیرین نمونه رسیده و بیشترین حجم تغییرشکل انجام گرفت. شبیه سازی سه بعدی المان محدود فرآیند انطباق تداخلی نشان داد که توزیع تنش های پسماند ایجاد شده در دیواره سوراخ به صورت فشاری و در فاصله دورتر از آن کششی می باشند. همچنین نتایج آزمون های تجربی خستگی حکایت از افزایش عمر خستگی نمونه ها تا میزان انطباق تداخلی 1.5% داشت. در این سطح، عمر خستگی نسبت به نمونه بدون انطباق، حدود 2.5 برابر است. ولی با افزایش تداخل تا 2%، روند صعودی عمر خستگی متوقف می گردد. بررسی سطح مقطع شکست نمونه ها حاکی از آن بود که ترک های خستگی در نمونه های دارای انطباق پرسی از لبه سوراخ شروع به جوانه زنی می کنند. این در حالی است که در نمونه های بدون تداخل، محل آغاز جوانه زنی ترک در صفحه میانی سوراخ می باشد.
    کلیدواژگان: انطباق تداخلی، عمر خستگی، شبیه سازی المان محدود
  • سید سجاد جلالی، سید محمدحسین شریفی *، غلامرضا صالحی، مجید اسحق نیموری صفحات 429-438
    در این مقاله استفاده از یک سیستم تبرید هیبریدی تراکمی-جذبی برای تامین همزمان تقاضاء سرمایش تهویه مطبوع و سردخانه های نگهداری گوشت، ماهی، سبزیجات و لبنیات، در کشتی پیشنهاد شده است. سرمایش برای تهویه مطبوع و چهار سردخانه اشاره شده، در هر کشتی وجود دارد، بنابراین استفاده از این سیستم تقریبا در همه کشتی ها می تواند مورد بررسی قرار گیرد و کاربرد آن محدود به کشتی خاصی نمی شود. گازهای خروجی موتورهای کمکی به عنوان منبع حرارتی برای بخش جذبی، در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهد برای بارهای مختلف موتور، مقدار حرارتی که از گازهای خروجی از موتور قابل کسب کردن است، همواره بیشتر از مقدار تقاضا برای ژنراتور می باشد. با توجه به این که این موتورهای کمکی برخلاف موتور اصلی همیشه روشن هستند و به متحرک یا متوقف بودن کشتی بستگی ندارند، بنابراین گاز خروجی از موتور کمکی به عنوان یک منبع حرارتی مناسب و دائمی برای ژنراتور سیکل جذبی در کشتی قابل استفاده است. در این مقاله از تحلیل انرژی، اگزرژی و محیط زیستی برای مقایسه سیستم پیشنهادی و سیستم تبرید متداول در کشتی (سیستم تبرید تراکمی بخار) استفاده می شود. نتایج نشان می دهد، برای شرایط آب و هوای گرمسیری، مصرف سوخت و بازگشت ناپذیری کل، در سیستم پیشنهادی به ترتیب 91.6% و 26.6% کمتر از سیستم متداول در کشتی می باشد. استفاده از سیستم تبرید هیبریدی تراکمی-جذبی نسبت به سیستم تراکمی بخار متداول در کشتی، موجب 64834 دلار صرفه جویی سالانه به دلیل کاهش جریمه ناشی از انتشار CO2 می شود.
    کلیدواژگان: کشتی، سیستم تبرید هیبریدی، تهویه مطبوع، سردخانه، بازیابی حرارت اتلافی
  • علی اصغر جعفری *، مسعود گلزاری، محمد سعید جعفری صفحات 439-450
    در این پژوهش با تعمیم تئوری های موجود جهت پیش بینی افت انتقال صوت در پوسته های استوانه ای دو جداره طویل با لایه میانی متخلخل، افت انتقال صوت در پوسته های استوانه ای ساندویچی سه جداره در حضور جریان سیال خارجی به صورت تحلیلی محاسبه می گردد. تئوری لاو جهت بیان معادله های حاکم بر حرکت پوسته استوانه ای سه جداره همسانگرد و نازک و روش لی بر پایه تئوری بایو برای مدلسازی انتشار موج در ماده متخلخل به کار گرفته می شوند. مسئله ارتعاشات-صوت برای پیچیده ترین ساختار از پوسته استوانه ای ساندویچی سه جداره فرمولبندی شده و در کنار شرایط مرزی مناسب و با استفاده از روش ماتریس انتقال حل می گردد. کل افت انتقال صوت در یک میدان صوتی پخشنده با در نظر گرفتن اثر انعکاس داخلی امواج محاسبه شده و نتایج اعتبارسنجی می شوند. سپس نتایج افت انتقال صوت در پوسته استوانه ای سه جداره با مدل مشابه دو جداره و هم وزن مقایسه می گردد. نتایج به طور کلی عملکرد بهتر مورد سه جداره را در عایق بندی صدا خصوصا در طیف فرکانس های نسبتا بالا و بالا نشان می دهند. به علاوه، ده ساختار مختلف که شامل کوپلینگ های گوناگون بین دیواره های پوسته و لایه های متخلخل است، در نظر گرفته شده تا اثر ساختارهای مختلف پوسته ساندویچی بر خواص انتقال صوت به صورت کامل بررسی گردد. نشان داده می شود ساختاری که تعداد بیشتری از شکاف های هوا را در خود جای داده است، عملکرد بهتری در کاهش انتقال صوت به داخل سیستم تقریبا در سراسر بازه فرکانسی دارد. همچنین اثرات جریان سیال خارج از استوانه و زاویه سمتی بر افت انتقال صوت بررسی می گردد.
    کلیدواژگان: افت انتقال صوت، پوسته استوانه ای سه جداره، لایه متخلخل، جریان خارجی، میدان صوتی پخشنده
|
  • Davoud Shahgholian Ghahfarokhi, Ahmad Ghanadi, G. H. Rahimi * Pages 1-8
    Due to unique properties, lattice composite structure are used extensively in aviation, marine and automotive industry. In this research, experimental and numerical investigation of the free vibration of composite sandwich plates with triangular grid has been studied. For the fabrication of this plates, silicone mold, filament winding, and hand lay-up method were used. Stiffened plates and simple plates are fabricated, separately. Then, composite sandwich plates with triangular grid were created by attaching the two parts together. The modal test is done on the plates and natural frequencies have been extracted.The comparison of numerical and experimental results showed that there is a good agreement between them. By using Taguchi method, a parametric study was performed on the vibrational behavior of sandwich plates with triangular cores via three parameters that such as stiffeners’ number, stiffener thickness and skin thickness. The results show that the natural frequency of sandwich plates with triangular grid has a most sensitive to the stiffener thickness, and least sensitive to stiffeners’ number. The sensitivity of natural frequency is almost identical to stiffener thickness and skin thickness.To evaluate the efficiency of sandwich plates with triangular grid, the natural frequency of sandwich plates are compared with simple plates in the different boundary condition. The results show that the natural frequency of sandwich plates with the triangular grid is 133% and 138% higher than an equivalent simple shell at free and clamp boundary condition, respectively.
    Keywords: Free vibration, Composite sandwich plate, triangular cores, Fabrication, Taguchi method
  • Reza Jamilnia * Pages 9-19
    In this paper, optimal trajectories of soft landing on the Moon are designed based on different landing strategies. For this purpose, the problem of soft landing is defined as an optimal control problem to minimize fuel consumption and solved by a combinational direct method. The used solution method in this paper is a combination of direct collocation method, nonlinear programming, differential flatness and B-spline curves. In this method, by using differential flatness, dynamic equations of landing are expressed by the minimum number of state variables in the minimum dimensional space. Also, state variables are approximated by B-spline curves, and control points of these curves are considered as optimization variables of the nonlinear programming problem. By simultaneously using of differential flatness and B-spline curves, the number of variables and constraints of the optimal control problem decrease significantly and the problem is solved with high accuracy and speed. In the paper, three different strategies for soft landing on the Moon are investigated. These strategies are defined based on direct or indirect landing from the parking orbit and separation of horizontal braking and vertical descent phases. According to achieved optimal trajectories, by indirect landing from an intermediate orbit, the space vehicle can be landed on the Moon with the minimum fuel consumption. Also, by separation of horizontal braking and vertical descent phases, a more applicable landing trajectory can be achieved.
    Keywords: Trajectory Optimization, Soft Landing, Optimal Control, Differential Flatness, B-spline Curves
  • Majid Shahbazzadeh, Seyed Jalil Sadati Rostami *, Sara Minagar Pages 20-28
    Numerous studies have been devoted to motion control of wheeled mobile robots in recent years. Among them, trajectory tracking has received much attention.. A feed-forward and feedback control structure for trajectory tracking is used to circumvent the limitation of Brockett’s theorem. Feed-forward control is calculated according to the reference trajectory, it can not compensate instrumentation and initial state errors, therefore a feedback controller is utilized as well. In this paper a model predictive controller is used as the feedback controller. Since the initial state is not often matched to the desired trajectory, rapid tracking of the trajectory in early steps is very important. In this paper a model predictive controller with laguerre functions and another one with exponential data weighting is used to reduce tracking error in early steps. According to simulation results, reference trajectory tracking is improved through laguerre functions in model predictive controller.
    Keywords: Wheeled mobile robot, Trajectory Tracking, Model Predictive Control, Laguerre functions, Exponential data weighting
  • Abdoollah Fadaiepour, Hesam Khajehsaeid *, Ahmad Ghanbari Pages 29-38
    Shape memory alloys are a category of smart materials which exhibit large deformations under temperature or magnetic stimuli due to micromechanical changes. These alloys offer a good potential in design of control systems, sensors and actuators due to two main effects called shape memory effect and superelastic effect. Main advantages of these systems are their small scale, low weight, low activation power, long life and high power to weight ratio. On the other hand, the main disadvantage of thermal ones is their low actuation frequency. In this work, inspired by human arm muscles, a new actuator is designed and its actuation time is minimized utilizing the thermoelectric effect. The process requires simultaneous analysis of heat transfer, constitutive equations, phase transformation and also the dynamic equations of the actuator. The dynamic response of the designed actuator is compared with the similar experimental data available in the literature and finally it is shown that, the actuation time of the proposed actuator can be reduced at least 50% thanks to the Peltier effect.
    Keywords: Shape memory alloys, Thermoelectric effect, Artificial muscle, dynamic response
  • Mohammad Honarpishe *, Hadi Mansouri, Saeed Saki Entezami Pages 39-46
    Equal channel angular rolling process (ECAR) is one of the newest processes in the severe plastic deformation methods (SPD) that changes the mechanical properties of the sheet metal. In this study, the effects of ECAR process have been investigated on the corrosion behavior of the pure commercial copper samples. Five routs have been applied on the samples to investigate the mentioned parameters. Also, the corrosion rates were examined by the polarization and electrochemical impedance methods. The results show that the process has destructive effect on corrosion resistance of the samples. The results from SEM examination indicates that, with increasing the number of passes, the surface corrosion increases too and with increasing the passes pitting corrosion is clearly visible. Although with increasing the number of passes the uniformity of corrosion can be seen and positional mode is exited. Generally, the corrosion increases from the first pass to the second pass. Also, the more diameter and depth of corrosion is observed with increasing the pass number. The corrosion increase at the third pass and the corrosion type is pitting corrosion and uniform corrosion in the sample.
    Keywords: Corrosion behavior, Polarization, Equal channel angular rolling
  • Ali Azimi, Ali Reza Teymourtash* Pages 47-57
    Condensation phenomena in steam flow, can cause droplets with different sizes to form. For an exact prediction of two phase flow behavior, it is necessary to consider the effects of all droplets with different sizes on the steam. In this paper, nucleation equation in an Eulerian–Lagrangian framework has been used to analyze one–dimensional flow of wet steam in a supersonic convergent–divergent nozzle. Polydispersed and monodispersed radius methods for modeling the formed droplets are compared. In polydispersed method, all the formed droplets in the spontaneous condensation zone, are retained in the calculations, without being merged with other groups; but in monodispersed method, all groups are merged, and only one group with averaged radius is retained in the calculations. The polydispersed method has an advantage and can predict the complete droplet spectra. Results of comparing the two methods with experimental data indicates that the predicted radius in the polydispersed method, in every four investigated cases, is closer to experimental data, than that of monodispersed method.
    Keywords: Condensing Flow of Steam, Polydispersed Radius Method, Monodispersed Radius Method, Condensation Shock, Eulerian-Lagrangian
  • Ayyoub Nikravan, Foad Farhani * Pages 58-64
    In recent years, capability of FPGA hardware for accelerating the solution of differential equations has attracted wide attention. However, complexities associated with the implementation and development of these equations on FPGA has precluded the wider application of this hardware among the users in the field of CFD. In this research, a software framework has been developed, which enables users to develop an FPGA based coprocessor for solving implicit PDE equations, quickly and with minimum complexity. Using this framework, the user defines the solution network and the algebraic equations, and the framework manages other operations such as construction of the solver IP, interface between the CPU and the coprocessor, memory layers and links among various parts. The framework consists of different sections for defining the architecture of the coprocessor using HLS and VIVADO software, and the links with CPU consisting of operating system drivers and operational functions for adjusting initial and boundary conditions and receiving the results through the PCIe port. Simplicity of the developed framework has been demonstrated by the construction of a coprocessor for solving two-dimensional Laplace equation. Comparison of speed of solution on CPU with the FPGA based coprocessor shows a 22-fold increase in the speed of solution of Laplace equation, and if fixed point operation is used in the construction of the coprocessor, the speed will even increase 65-fold.
    Keywords: Software framework, Coprocessor, Partial differential equation, FPGA
  • Majid Jabbari * Pages 65-72
    The energy harvesting of a piezoelectric cantilever beam is obtained from the excitation of vibration modes. Vibration modes have strain nodes where the strain distribution changes in the direction of the beam length. Covering the strain nodes of the vibration modes with continuous electrodes effects a cancellation of the voltages outputs. The use of segmented electrodes avoids cancellations of the voltage for multi-mode vibration. The theory of Gauss law is presented for the voltage response due to the electro mechanic coupling. The effective parameter in the voltage response is the modal coupling term. This parameter depends on geometry, material, piezoelectric coefficients and the Eigen function of bending slope. If the slopes of the electrodes boundaries are close together, the electric response of vibration mode is very small. The resistive load affects the voltage and generated power. The optimum resistive load is considered for segmented and continuous electrodes, and then the power output is verified. One of the effective parameters on energy harvesting performance is the existence of concentrated mass. This topic is studied in this paper. Resonance and off-resonance cases are considered for the harvester. In this paper, both theoretical and experimental methods are used for satisfactory results.
    Keywords: Energy harvesting, Strain Nodes, Optimum Resistive, Electrical Power, Vibration Modes
  • Eiman Bondar Saheby, Ghader Olyaei, Azadeh Kebriaee *, Guoping Huang Pages 73-80
    In this paper, a hypersonic inlet for operating at Mach 5.0 is designed and analyzed numerically. The main axis of this study is a series of three-dimensional simulations with the accuracy of 10E-06 which are applied to determine the effects of the highly developed boundary layer on the performance of inlet for three different study cases. The basic inlet concept is designed by integration of double ramp compression surface and inlet duct which can reduce the free-stream Mach number to the range of 2.0. The most important factor that it affects the performance of the hypersonic inlet system, is the developed entropy layer on the fuselage of the flight vehicle. Ingestion of this layer results in thermal gradients and pressure recovery losses. The bow shocks at the nose and the leading edges are the main sources of this low kinetic energy layer. Using the k-ω turbulence model in the numerical simulations have resulted in a reliable estimation of the boundary layer. In the current context, shock structures, shock-boundary layer interactions, flow quality at the end of the diffuser and also the effects of using sidewalls on the performance of the hypersonic inlet are the main goals of the simulations and the related results are summarized
    Keywords: Hypersonic inlet, effects of boundary layer, hypersonic aerodynamics, external compression system
  • Mozhgan Faramarzi, Shahram Azadi *, Reza Kazemi, Ardalan Ghadimi Pages 81-92
    Automatic transportation systems nowadays play a key role in decreasing human errors and accelerating traffic flow. To implement controllers aiming at optimizing commute in terms of comfort and safety demands a rigorous modeling of the system. An accurate full-scale model will result in a more precise and reliable simulation. On the other hand, the growing number of vehicles and consequent rise in accidents associated with lack of driver attention highlights the need for driver assistant systems whereby more driver convenience, reducing accident, safety and comfort could be provided. In the present study, a complete nonlinear model of longitudinal vehicle dynamics has been chosen in order to make the model more compliant with reality and to minimize simulation and control uses errors. In the control section, a novel approach to developing an adaptive cruise control system is proposed in which the host vehicle acceleration is not only influenced by target car motion but also by the macroscopic motion of the traffic flow. The results indicate that the pile up resulted from sudden braking could be avoided by using a predictive control over vehicle acceleration which takes account of the motion of both front car and traffic jam. In the low level control section, a fuzzy control based on tracking error minimization is employed to maintain desired acceleration through calculating throttle angle and brake pedal. Such control command is then applied to the longitudinal model so as to appraise the select model performance in the driver assistant system.
    Keywords: Complete Longitudinal Dynamic Model, pile up, Adaptive Cruise Control, Model Predictive Control, Macroscopic traffic model
  • Abdolreza Gharehkhani, Ebrahim Abbaspour-Sani * Pages 93-100
    With development of micro-electromechanical phase shifter, the study of deformation and instability of micro-switches is very important. The static behavior and pull-in instability of the clamped-clamped micro-beam subjected to local electrostatic loads which is used in DMTL phase shifter is investigated. Taking into account of nonlinear effects caused by radius of curvature for the first time, the nonlinear differential equation of the system is obtained using Euler-Bernoulli beam theory and effects of small sizes by employing the principle of virtual work. By considering the local electrostatic static voltage applied on the micro-beam, the governing partial differential equation is further discretized with the aid of Galerkin’s method, and the effect of system parameters on static deflection and pull-in voltage of the micro-switches are investigated. It is found that curvature nonlinearity has a great effect on the mechanical behavior of the micro-switches. Increasing this parameter leads to hardening behavior in the micro-switches, and also static deflection is decreased with respect to linear beam theory. The results also indicate that with an increase in the applied voltage, nonlinear strains increase and nonlinear effects caused by radius of curvature will be significant. For instance, when the stiffness parameter is increased from 0 to 10, maximum deflections of the micro-switches for applied voltages of 1V, 2V and 3V decreases about 7.7%, 35.8% and 48.6 %, respectively.
    Keywords: Phase Shifter Micro-Switches, Local Electrostatic Loads, Curvature Nonlinearity, Static Deflection
  • Amir Salimi Lafmejani, Mehdi Tale Masouleh *, Ahmad Kalhor Pages 101-111
    In this paper, position control is addressed for a pneumatically actuated 6-DoF Gough-Stewart parallel robot. At first, dynamic model of the pneumatic system of each link of the robot which comprises a pneumatic actuator and a proportional electrical control valve is extracted. Unknown parameters of the obtained dynamic model consisting friction force, viscous coefficient and the parameters of the valve are identified by employing an evolutionary algorithm. Then, position control of the robot’s pneumatic actuator is performed based on designing Backstepping-Sliding Mode controller according to the nonlinear dynamic model of the pneumatic system. Moreover, kinematic equations of the 6-DoF parallel robot are achieved and a novel method is proposed, the so-called Geometry-based Quasi-Forward Kinematic, to the end of calculating the position of the end-effector of the robot without using expensive position sensors. Accordingly, kinematic closed-loop control of the parallel robot, which is based on simultaneous joint space and task space control, is investigated for trajectory tracking using potentiometers, a rotation sensor, and based on the computed position of the end-effector by the proposed method. Desired sinusoidal trajectories with pure motions and also complicated trajectories are tracked in which error of positions and rotations are lower than 2 (cm) and 3 (deg), respectively. The results reveal that the trajectory tracking control of the pneumatic 6-DoF Gough-Stewart parallel robot is performed properly based on the proposed control strategies and the novel method for calculating the position of the end-effector.
    Keywords: Gough-Stewart parallel robot, Pneumatic actuator, Proportional valve, Inverse kinematic, Backstepping-Sliding Mode controller
  • Farshad Akbaripanah *, Reza Sadvandi, Mehdi Ranjbar Pages 112-122
    In this research, analytical and numerical investigation of the ceramic- metal FGM beam under low velocity impact is carried out by first order shear deformation beam theory. The mass and stiffness matrixes are proposed by combination of Energy method, Ritz and Lagrange method. Also, simulating of low velocity impact on the ceramic- metal FGM beam is carried out by ABAQUS software that the beam is divided about 30 layers in thickness direction in ABAQUS software to create a functionally graded beam. Maximum contact force between impactor and beam in analytical model and ABAQUS software are 1062 and 1039 N with 2.21 percent difference and maximum impactor displacement in analytical model and ABAQUS software are 0.0104 and 0.0108 mm with 3.85 percent difference. Finally, the effect of FGM function types include the combination of exponential and polynomial functions, impactor velocity 1, 2 and 3 m/s, impactor radius 8, 12.7 and 16 mm and simply and clamped supported boundary condition are investigated on the contact force and indentation histories. The maximum and minimum contact forces are belonging to first and third order polynomial function and maximum and minimum indentations are belonging to third and first order polynomial function.
    Keywords: Low velocity impact, Functionally graded beam, First order shear deformation beam theory, Hertz contact law, Ritz method
  • Reza Abdi Behnagh*, Hadi Abdollahi Pages 123-128
    The poor formability of Mg results in crack and failure in workpiece material during rolling process and limits its applications in different industries. Numerical modeling of the process can guarantee that the required product properties are met with a minimum production cost. The numerical modeling of the rolling processes requires the coupling of several models including different physical phenomena such as the deformation of the workpiece with its thermo-metallurgical evolution and the thermal evolution of the rolls with its mechanical deformation. On the other hand, in finite element modeling of the rolling process, the meshes of the workpiece are often highly distorted. The high distortion in meshes decreases the confidence in the predicted results. Many formulations based on the viscoelasticity behavior of workpiece material are encountered in the literature to model the rolling process, each with their pros and cons. This present work introduces the Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) formulation, in which the workpiece is divided into three regions (unrolled, in rolling deformation, rolled) to simulate material flow during the process. The comparison of the results with the literature shows that the temperature and strain fields are well predicted by the proposed model. All of the simulations have been done in the two-dimensional mode with ABAQUS/Explicit software.
    Keywords: Mg, Plastic deformation, Cold rolling, Finite Element Simulation, Coupled Eulerian-Lagrangian
  • Mohammad Pakdaman, Abdolrahman Jaamialahmadi * Pages 129-138
    In this article, the influence of process parameters on warm deep drawing of PVC/fiberglass composite laminates (FRP) is investigated through the experimental tests. Fiberglass reinforced polymer (PVC) composite laminate sheets are new emerging materials that have many potential applications. FRP/composites provide high strength to weight ratios exceeding those of aluminum or steel. For the experimental tests, composite samples with [0/90]2, [0/90]4, [-30/30]2, [-30/30]4 lay ups were produced in using film stacking procedure. Statistical analyses based on Taguchi's method are used to reduce the number of experiments and to investigate the effect of process variables on the output results. The results show that the two variables of temperature and blank holder force have the most influence on output parameters. Furthermore they demonstrate that a high interaction between the forming temperature and blank-holder force is required to remove the wrinkling.
    Keywords: PVC, fiberglass laminate, Deep drawing, Wrinkling, Temperature
  • Mohammad Alipour, Reza Eslami Farsani * Pages 139-144
    In this study, microstructure and mechanical properties of 7068 aluminum alloy matrix nanocomposite reinforced with 0.1, 0.3, 0.5, 0.7 and 1 wt.% graphene nano plates (GNPs) produced by stir casting and ultrasonic treatment have been investigated. Ultrasound device equipped with a cooling system with high power was used for mixing alloy and nanoparticles. Also the microstructure was investigated by scanning electron microscope. The microstructural studies revealed that GNPs addition reduces the grain size, but adding high GNPs content (1 wt.%) does not change the grain size considerably. Further investigations revealed that the addition of GNPs increases tensile strength. At high GNPs contents (1 wt.%), the presence of GNPs agglomerates on grain boundaries were found that causes decrease the tensile strength. The optimum amount of nanoparticles is 0.5 wt.% GNPs. The average ultimate tensile strength (UTS) of the specimens before and after extrusion processes increases from 212 MPa to 374 MPa. Adding of 0.5 wt.% GNPs and extrusion process make about 76% enhancement in tensile strength compared to that of unreinforced aluminum alloy.
    Keywords: Casting nanocomposite, Graphene nano plates, Stir casting, Ultrasonic treatment
  • Ali Nassiri-Toosi *, Hossein Keshtkar Pages 145-152
    With growing environmental pollution and concerns about fossil fuel depletion worldwide, there is an urgent need to find a solution for this problem. Using alternative fuels, such as natural gas, which can burn much cleaner than petrol or gasoline and as an advantage, it’s much cheaper than other conventional fuels and is much more widely available than oil in our planet. The most effective way we can utilize this alternative fuel in the common internal combustion engine, is by means of direct injection technology. Before natural gas can be utilized in common automotive engines, it’s necessary to conduct simulations and thus optimize these engines to maximize output power prior being built. Optimizing engines can only be achieved through simulation. KIVA-3V is a well-accepted engine simulation tool, recognized by industrial users and researchers. KIVA-3V lacks the ability to simulate gaseous fuel injections as it’s only designed to deal with liquid fuels. In this research, researched the governing equations on gas injections and used them to develop a numerical code for KIVA-3V to enable simulation of gaseous injections. We validated our modified version of KIVA-3V with two different sets of experimental data which we previously had. We showed our modified KIVA-3V code can effectively simulate gaseous injections producing very exact results. The gaseous fuel considered in this research is pure methane.
    Keywords: Gaseous fuel injection, Internal combustion engines, Natural gas, KIVA-3V
  • Afshin Kazerooni *, Hossein Akbari Pages 153-164
    In this paper the principles of simultaneous measurement of three orthogonal force vectors Fx, Fy, Fz and three orthogonal torque vectors Mx, My, Mz to design a six axis force/torque sensor are considered. At first, a new index (η) for a qualitative comparison of six-axis force/torque sensors is proposed and then, cross-coupling error of several sensors presented in previous studies is evaluated and compared by using the new index. In the following, a systematic method for designing the six-axis force/torque sensor is described using numerical optimization procedure. This method is based on interactive interface between the SQP algorithm created in MATLAB and FEM analysis in ANSYS software. The geometry of sensor structure is selected to be a modified Maltese cross type. Principle cross-coupling error is chosen as the objective function to optimize four geometrical design variables of the sensor structure. Also, strain gauge sensitivity, maximum applied stress and geometric sizes of the sensor structure as constraints are formulated in problem. Results show that principle cross-coupling error of the optimal sensor design is less than 1.49% with a high moment to force specification (0.1 N.m/N).
    Keywords: Six-axis force-torque, Numerical optimization, Principle cross-coupling, Maltese cross structure
  • Pooria Akbarzadeh *, Hassan Panahdoost Pages 165-175
    Peristaltic phenomenon is widely used for biologically tissues such as the digestive and excretion of urine systems. Fingered and roller pumps, hoses and internal pumps, pumps for waste management in the nuclear industry are also working on the wavy walls rules. Hence, in this paper, the magnetic hydrodynamic flow of nanofluids inside a curved porous channel, with peristaltic walls and within the internal heat source has been studied. In the present study, the flow is incompressible and the governing equations, including flow, heat and mass transfer are obtained by using an assumption of long wavelength. For solving the equations, the central finite difference approximation algorithm and Keller-box method are utilized. Heat transfer is reduced due to the presence of a magnetic field. Also, increasing the power of the heat source and the Darcy number reduces the heat transfer. Increasing porosity in the environment increases the heat transfer. Increasing the power of the heat source is accompanied by a reduction in velocity in the central line of the channel in the corrugated mode.
    In this paper, by using the numerical solution results, the effect of various parameters such as source term, Darcy number and porosity on the velocity, distribution of temperature, the function of the magnetic force, increase the pressure on the wavelength, Nusselt number and also the flow trapping phenomenon has been studied.
    Keywords: Peristaltic flow, Magnetohydrodynamic, Nanofluids, Porous media, Thermal source
  • Alireza Yazdani, Arman Mohseni * Pages 176-184
    Gas turbines are among the most important power generation equipment in industries. One of the methods to enhance the performance of this equipment is the aerodynamic performance optimization of its stator and rotor blades. This paper presents an automatic aerothermodynamic optimization platform for the optimization of 3D stator blade geometry in axial-flow gas turbines using open-source software. This platform can be used for 3D aerothermodynamics optimization of 3D blades and includes parametric 3D modeling, mesh generation, CFD simulation, and implementation of optimization algorithm. 3D models are formed from 2D sections defined by Bézier curves and connected by spline stacking curve. Simulation of flow field includes the solution of compressible viscous flow on structured multi-block grid using parallel processing. Genetic algorithm is used as optimization algorithm. 45 optimization variables govern blade thickness variation in five sections and blade lean, sweep, and twist. Total pressure is selected as objective function and the result of optimization shows 5% decrease of total pressure loss coefficient in the blade. The use of open-source software in the optimization platform provides maximum customization capability to the user. The application of this platform for stator blade optimization shows that the platform can be used for aerothermodynamic optimization of turbomachines effectively.
    Keywords: Aerothermodynamic Optimization, Computational Fluid Dynamics, Geometry Modeling, Gas Turbine, Open-Source Software
  • Farshid Sadeghian, Morad Karimpour, Mohammad Reza Zakerzadeh *, Mostafa Baghani Pages 185-193
    Many people suffering from neuromuscular diseases, have some degree of limitations in their walking pattern. Knee-Ankle-Foot Orthoses (KAFOs) help correct patients’ gait pattern by supporting knee and ankle joints. Patients with quadriceps muscle weakness suffer from some restrictions in extension as well as in controlling their flexion during the gait cycle because of abnormal stiffness pattern of the knee joint. This paper addresses patients with quadriceps muscle weakness by designing an appropriate orthosis utilizing two different mechanisms for the stance and swing phases. Stance phase mechanism locks knee joint movement from the initial-contact up to the end of mid-swing phase and with regards to the orientation of the foot after mid-stance phase, the knee joint can flex freely. The required moment to reproduce the stiffness of a normal knee joint is calculated using the OpenSim software package in conjunction with the data collected from the motion analysis of each patient.
    The required moment to modify the stiffness of the knee joint for two patients with different levels of muscle weakness was reproduced using a torsional spring. By designing patient-specific orthosis, the stiffness profile of normal joint for each patient with distinct level of muscle weakness can be reproduced, allowing patients to experience smother gait cycle. Using this orthosis not only improves the patient’s gait cycle but also prevents potential damage to healthy muscles.
    Keywords: Knee-Ankle-Foot Orthosis (KAFO), Torsional spring, OpenSim, Stiffness, Quadriceps weakness
  • Rouhollah Norouzi, Hamed Shahbazi *, Kamal Jamshidi Pages 194-204
    Quadrotor is a Flying robot which can fly vertically and has a simple structure. Because of nonlinear dynamics of the system, Stability of the control process has an important role in this robot. In this paper, a neural controller is designed to stabilize the quadrotor. The neural controller is used to stabilize the attitude of the quadrotor. We first designed a PD controller using Ziegler Nichols method, then an online learner neural controller is trained for tuning the parameters of this PD controller. To verify these controllers first a simulation performed in the Simulink environment of the Matlab. In addition to simulation we have practically implemented these control methods on a Quadrotor test bench. Practical implementation results demonstrate the effectiveness of the presented method.
    Keywords: Quadrotor, neural controller, PD control, Ziegler Nichols, Practical Implementation
  • Sanam Tahouneh, Ebrahim Abdi Aghdam* Pages 205-212
    Blowby phenomenon of fuel-air mixture from cylinder-piston crevices, which occurs due to difference of in-cylinder and connected crevice pressures, influences engine performance. In the current work, experimental data of gasoline fuelled motoring condition at equivalence ratio of 0.9 were collected from a single cylinder research engine using skip spark technique. A relatively simple non-thermodynamic polytropic-base model was introduced and orifice-volume theory was coupled it; and gas flow through crevices was studied. From positive points of the model, it can be implied that the model predicts cyclic blowby without performing complex heat transfer and thermodynamic calculations. A verified thermodynamic simulation model including blowby sub-model was used to validate the polytropic-base model. Cylinder pressure evaluated by the thermodynamic model had good agreement with the measured pressure in the gasoline fuelled motoring condition at the equivalence ratio. First, in the polytropic-base model, output cylinder pressure of the thermodynamic simulation model was defined instead of experimental cylinder pressure and its blowby was evaluated. Then entering experimental cylinder pressure at equivalence ratio of 0.9 to the current model, cylinder mass and blowby to crevices were evaluated and compared with the predictions of the thermodynamic model. A very good agreement was observed between the obtained results and the results of the thermodynamic model. The new model showed maximum 6.88% cylinder mass lost around peak pressure position decreasing to 0.45% along the late expansion stage.
    Keywords: Engine blowby, Motoring, Thermodynamic simulation model, Skip spark, polytrophic-base model
  • Javad Vashahri, Vahid Esfahanian * Pages 213-222
    Thermal run-away of lead acid batteries is one of the destruction modes of lead-acid battery. This phenomenon is a thermal-fluid dynamics instability problem that needs to be solved via direct numerical procedures. High-order simulation of lead-acid battery is the first step of direct numerical simulation (DNS) methods for research on thermal run-away phenomenon. In this study, due to simple geometry of lead-acid-cell, spectral methods which are very common in DNS simulation of thermal and fluid dynamics instability problems is implemented on lead-acid cell. A full cycle of discharge, rest and recharge process of a lead-acid cell is simulated by Chebyshev spectral collocation method combined with fourth order Runge-Kutta time integration. Due to complexities, the simulations are performed to find the possible numerical difficulties of this method as the first step. Two coarse and fine grids with Chebyshev polynomials of 8 and 12 order are selected to perform numerical simulations. Comparison of the error shows that the accuracy will be decreased up to 200 times just by adding two points to grid. Also numerical results show that this method is sufficiently able to predict the cell behavior in the high rates of cell current. The results indicate that spectral methods and Runge-Kutta time integrations are promising tool for direct numerical simulation of lead-acid batteries to study complex physical phenomena such as thermal run-away problem.
    Keywords: Lead-Acid Battery, Battery simulation, Spectral method, Chebychev colocation, cycle simulation
  • Moein Doakhan, Mansour Kabganian *, Reza Nadafi Pages 223-232
    Attitude control of the UAV’s is basis of the of many control systems such as position control, trajectory traking, traking moving targets and obstacle avoidance. Hence, one of the most important parts of the UAV's control is designing an appropriate and efficient controller, so that system being able to eliminates or reduces external disturbances, mechanical underactuation, changes in the model or physical parameter and interactions between its subsystems. In this paper, the attitude control problem is studed. For this purpose, the dynamics model of a quadrotor is derived by using Newton-Euler mtethod and the required parameters of the model such as moment of inertia, thrust and drag torque coefficient identified by experimental methods and an actual physical sample. Then, modidied PID and sliding mode controllers are designed to provide attitude traking for quadrotor and performance of these controllers is investigated in the presence of disturbance and sensors noise. Finally, the desgned cotrollers are implemented on a real 3DOF system and the experimental results are compared with the simulation results.
    Keywords: Quadrotor, Implementation, Attitude Control, Modified PID, Sliding Mode
  • Sima Sobhanirad, Aref Afsharfard * Pages 233-241
    In this study, a galloping-based energy harvesting system is designed using a nonlinear energy harvesting sink (NES). In doing so, electromechanical equations of motion for the energy harvesting system are derived and the theoretical results are validated with experimental results. Then, three steps are presented to make system work efficiently. In the first step, several cross-section geometries for the bluff body are investigated and the results are verified by the Harmonic Balance Method. These results indicate that isosceles triangular section can harvest more energy than the other ones. In the second step, effect of changing the electrical load resistance on electromechanical behavior of the system is investigated and it is demonstrated that the maximum energy is harvested for load resistance values of more than 1 MΩ. In the third step, influence of changing the tip mass on the system is studied and it is shown that increasing the tip mass leads to increase the output voltage while the bluff body amplitudes remain constant. Consequently, the system is designed to work with the maximum possible tip mass which is about 35.3 gr. Finally, this system with a bluff body of isosceles triangular section can generate 700 mV using the load resistance value of 10 MΩ in the wind speed of 2.5 m/s. This system with the total mass of less than 500 gr and low-amplitude oscillations is designed to work properly in low wind speeds and presents an efficient application for low-power energy harvesting systems.
    Keywords: Energy harvesting, Experimental study, Galloping, Piezoelectric material
  • Hamed Rezaei, Mohammad Hossein Sadeghi *, Hasan Khosroabadi Pages 242-248
    Micro end-milling is one of the main manufacturing processes of creating miniaturized parts which are increasingly demanded in many industries. Using tools with diameter less than 1 mm results in rising the so-called “size effect” and problems due to ploughing at low feeds per tooth. It is therefore crucial to estimate value of minimum chip thickness which helps to reduce or eliminate the ploughing. In this study role of scaling down is investigated with regard to milling operation in micro- and macro-scale. A titanium alloy Ti-6Al-4V is used as workpiece. Two-flute endmills with diameters of 0.8 and 2 mm are used representing micro and macro-scale, respectively. Effects of axial depth of cut and feed rate as input parameters were evaluated on such output characteristics as specific cutting energy, microhardness, surface roughness, topography and chip formation. Results show higher values of microhardness and specific cutting energy in micro-scale. Microhardness and specific cutting energy in micro-scale were found to be 6 times and 150% greater than the macro-scale, respectively. The study suggests that minimum chip thickness can be varied approximately between 0.25 and 0.49 of the cutting edge radius.
    Keywords: Micromilling, Titanium alloy, Minimum chip thickness, Specific cutting energy
  • Elnaz Zohravi, Ebrahim Shirani *, Ahmad Reza Pishevar Pages 249-258
    The radios of particles in Dissipative Particle Dynamics (DPD) method is investigated numerically taking into account size and type of conservative force. In the most of previous studies, the DPD particles have been considered as a point center of repulsion with zero radios and hence sphere size is prescribed by the creation of a structure of frozen DPD particles. Although only in ideal gas state or zero conservative force the DPD point particle is meaningful and with conservative force the DPD particles have an intrinsic size which is assigned by the spherical impenetrable domain occupied by each particle when immersed in a sea of other particles. At first the appropriate method should be define to calculate the size of DPD particle. Different methods including Stokes-Einstein relation, Stokes law and radial distribution function (RDF) are studied and it is concluded that according to limitation of Stokes-Einstein and Stokes relations the RDF is the best method for evaluation of DPD particle size. In the following, the trend of DPD particle size changing and their distribution in the system with linear and exponential conservative force examined. At the end we demonstrate that the employing of exponential conservative forces for the colloid-colloid and colloid-solvent interactions but keep the conventional linear force for the solvent-solvent interactions achieve a well-dispersed suspension with different particle sizes without extra computation
    Keywords: Dissipative Particle Dynamics, Particle radios, Radial distribution function, Conservative force
  • Mehdi Karimi Firouzjaei, Hassan Moslemi Naeini *, Hamidreza Farahmand, Behnam Abbaszadeh, Mohammadmehdi Kasaei Pages 259-270
    In this paper, cold roll forming process of a high strength steel pipe using four types of flower pattern including circular, edge, double radius and reverse bending is simulated with finite element method in MSC Marc Mentat software. Due to importance of quality of final pipe and in order to achieve the desired geometry in high strength steel pipes, selecting the appropriate flower pattern to design the pipe roll forming production line is considered. Using finite element simulation results, deformation of sheet in this process is studied and effect of flower pattern type on geometry of final product, which includes curvature distribution, spring back and thickness distribution of pipe, is investigated. Results show that implementing reverse bending flower pattern, leads to reduction in deviation from mean curvature at edge of the sheet up to about 65 percent. Thickness distribution analysis shows that circular and edge flower patterns cause upsetting and thinning of edge of the sheet up to 0.2 millimeters, respectively. But, use of double radius and reverse bending patterns cause average thickness of edge to be well adjusted to reach 2.8 millimeters. Also, circular flower pattern has the lowest value of spring back in terms of variation of mean relative curvature of 0.69 percent and edge deviation of 0.15 millimeters. To validate the finite element simulation, experimental tests were designed and conducted using one forming stand. By comparing resultant data of experimental tests with simulation results, validity of finite element simulation confirmed.
    Keywords: Cold Roll Forming Process of Pipe, Flower Pattern Design, Curvature, Thickness Distribution, Spring Back, Finite Element Method
  • Farshid Mossaiby *, Mohammad Javad Bahonar, Azita Asadi Pages 271-280
    Partial differential equations are needed in most of the engineering fields. Analytical solutions to these equations cannot be derived except in some very special cases, making numerical methods more important. Alongside advances in science and technology, new methods have been proposed for solution of partial differential equations, such as meshless methods. Recently, the generalized exponential basis function (GEBF) meshless method has been introduced. In this method the unknown function is approximated as a linear combination of exponential basis functions. In linear problems, the unknown coefficients are calculated such that the homogenous form of main differential equation is satisfied in all points of the grid. In order to solve nonlinear equations, Newton-Kantorovich scheme is first used to linearize them. The linearized equations are then solved iteratively to obtain the result. In this paper, time dependent problems in solid mechanics have been investigated. In order to examine performance of the proposed method, linear and non-linear problems in solid mechanics are considered and the results are compared with analytical solutions. The results show good accuracy (less than 1 percentage error) of the presented method.
    Keywords: generalized exponential basis function, numerical methods, meshless methods, linear, non-linear problems, time marching
  • Ali Jafarinazhad, Ebrahim Hajidavalloo *, Seyed Saied Bahrainian Pages 281-291
    Underbalanced drilling and managed pressure drilling with foam have been gained attention of the world oil companies due to its many benefits. The advantages of this method include oil and gas production during drilling, high-speed drilling, drill bit life increase, better cutting transfer and reduced formation damage. In this paper cutting handling by foam was investigated in which foam was assumed to be a homogeneous, single-phase, compressible and non-Newtonian fluid whose rheological properties can be well described by power law model. The assumptions and governing equations of transient two-fluid model were expressed in Euler-Euler coordinate for fluid-particle (foam-cuttings). The upstream method is used to discretizing the equations and the results of the numerical solution are reported in the form of pressure, speed, cutting concentration, quality and density of the foam logs along the well. The impact of back-pressure, ROP, injection rate of gas and liquid, shape and size of cuttings, water influx and oil production on cutting concentration and bottom-hole pressure have been investigated. With increasing parameters such as back-pressure, liquid and gas flow rate, size of the cuttings and ROP, bottom hole pressure and cutting concentration increases. Cutting concentration decreases with increasing liquid and gas flow rate and increases by increasing back-pressure, cutting size and ROP. For validating, the results of the numerical solution are compared with field data obtained from well FR-1 located in the Santa Catarina state of Brazil which show about 16.5 percent errors.
    Keywords: Two phase, Compressible, Non-Newtonian, drilling
  • Shahab Zare Hossein Abadi, Mahdi Fakoor *, Roham Rafiee Pages 292-300
    In this research, a general mixed mode I/II fracture criterion is developed for fracture investigation of orthotropic materials. Various experimental tests show that cracks always propagate in an isotropic medium and along fiber direction in orthotropic materials. With a novel material model titled an Equivalent Reinforced Isotropic Model (ERIM), fracture criterion can be extended for investigation of fracture in orthotropic materials. This inspires that fracture in orthotropic materials follows the fracture mechanism in isotropic materials. This new criterion is developed based on extension of MTS which is widely used for isotropic materials. Also in this research the effects of T-stress in fracture of some specimens has been studied. A comparison between available experimental observations and theoretical estimation implies on capability of developed criterion for predicting both crack propagation direction and fracture instance, wherein the achieved fracture limit curves are also compatible with fracture mechanism of orthotic materials. It is also shown that non-singular T-stress term has a significant impact on orthotropic material failure, especially when the second mode is dominant mode. It is shown that unlike isotropic materials, fracture toughness of orthotic materials in mode I (K_IC) cannot be introduced as the maximum load bearing capacity and thus new fracture mechanics property, named here as maximum orthotropic fracture toughness in mode I (├ K_IC ┤|ortho) is defined. Considering ease of access, wood is used as experimental specimen for the purpose of comparing the results.
    Keywords: Mixed mode Fracture criterion, Reinforced isotropic material, Maximum tangential stress criterion, T-stress term
  • Mahmood Chahartaghi *, Mohammad Sheykhi Pages 301-311
    In this paper the modeling of combined heat and power (CHP) system driven by Stirling engine has been discussed. The system consists of one beta type Stirling engine as the prime mover, heat recovery system, power generator and the auxiliary boiler. The analysis of the Stirling engine is a non-ideal adiabatic analysis. To increase the accuracy of modeling, the frictional and thermal losses of Stirling engine are considered in comparison of other previous studies and the non-ideal adiabatic analysis is performed using a developed numerical code in MATLAB software. For model validation, the operational and geometrical specification of the GPU-3 Stirling engine was used and the results were compared with experimental results and other previous models. Then, one beta-type Stirling engine was proposed as prime mover in cogeneration system for building applications. The use of the cogeneration systems in building applications becomes more common, which system from the perspective of the fuel consumption and pollution emission, have a significant advantage in comparison with the other conventional systems. For this purpose, the effects of engine frequency, regenerator length, and heat source temperature on fuel consumption and pollution emission of system were examined and proper engine design parameters were selected. Finally, the electric power and thermal power were achieved 11263 W and 21653 W, respectively, with reduction in fuel consumption and pollution emission of 37% and 42%, respectively.
    Keywords: Combined heating, power CHP, Stirling engine, adiabatic analysis, MATLAB software, GPU-3
  • Vahid Norouzifard, Ebrahim Alizadeh *, Seyed Meysam Hosseini, Mohammad Rezaei Firozjaee, Seyed Hossein Masrori Saadat Pages 312-320
    Heat transfer through the internal supports of the cryogenic fluid tanks is an important issue in the tank design and manufacture. On the other hand, the internal supports strength should be enough to stand safely against the forces applied to the internal tank. From the heat insulation point of view, most of the polymers are suitable materials to use in the internal supports. But the low mechanical strength of the most of the polymers limits the life of the supports made from polymers. In this paper, a new composite support made from steel and polymer is presented for the internal supports. Multilayered design of the steel part of the presented supports controls the heat transfer through this part by adding more thermal contact resistance (TCR) to the heat flow path. An analytical model is developed to calculate TCR between layers of the steel part at various pressure and temperature conditions. A thermo-mechanical coupled finite element (FE) model is developed for the proposed support and solved by ANSYS FE code. Temperature distribution and heat flux of the presented support are investigated by FE analysis results. Heat flow through the new support design is compared with the heat flow of the supports constructed with polymer blocks. Comparison of the heat flow results shows that the amount of heat transferred to the cryogenic tank through the internal supports in the static loading condition decreases when using proposed composite design instead of polymer blocks.
    Keywords: Cryogenic tanks, Thermal contact resistance, thermo-mechanical analysis, Internal support, Finite element analysis
  • Seyyed Muhammad Pourfatemi, Rouhollah Ahmadi * Pages 321-332
    In recent years, the importance and requirements for high-quality energy and water has been increased significantly, and this trend will strongly continue. One of the promising solution for the water scarcity's problem is desalination of the oceans salt water by thermal methods, and if the required thermal energy is provided by wastes of a thermal power plant it will be competitive with other methods. In this paper, a combined cycle including solid oxide fuel cell (SOFC) and gas turbine is used as thermal resource. Here, combination of these two systems beside of multi effect desalination (MED) system leads to reduce in energy consumption, pollutant emissions, investment and operation and maintenance cost, as well as increase of efficiency in comparison with the conventional individual systems. Exergetic and economic analysis using a computer program in EES software was performed. The results proposed a system with thermal and exergy efficiency of 60 % and 57%, respectively. The system expenditures and revenues were estimated, and the effect of two important design parameters, i.e. operational temperature and current density of fuel cell, on exergy efficiency and levelized cost of electricity were investigated. Consequently, the reliability and availability of the proposed system are calculated as 0.842, using the Markov method. It is seen after reliability analysis and availability calculation the exergy and energy efficiency is reduced and LCOE increased by 8.8%.
    Keywords: Thermal desalination, Exergoeconomic analysis, Solid oxide Fuel cell, Gas Turbine, Reliability
  • Shahab Shojaei, Ramin Hashemi *, Davood Rahmatabadi Pages 333-340
    FLDs, in fact are the range of strain combinations which identify the beginning of local necking. Different parameters such as sheet thickness, structural defects, temperature, loading direction, forming speed and etc. have influence on these diagrams and one of the most effective parameters is forming speed and it has a direct connection with press speed in sheet forming. In this research FLD are calculated for aluminum 6061 sheets with 3mm thickness in rates of 20, 100 and 200 mm/min experimentally and simulated in the rates of 20, 100, 200, 500 and 800mm/min. In order to do the experimental tests, bulge test is conducted in sheets in six different sizes according to standard by hydraulic press and built steel die. Also numerical modeling was done using the Abaqus finite element software and the maximum strain gauge criterion by entering the Johnson Cook data. Experimental and modelling results verify is studied by surveying the tearing location and errors between FLDs and result showed that experimental and numerical data are compatible with acceptable errors. It was observed that by increasing forming speed FLD increases, in a way that by increasing the press speed from 20 mm/min to 200 mm/min, FLD increases for 30 percentage. This variation can have different reasons such as friction effect and interaction effects between die and sheets, because at the low forming speed (of less than 100 1/s for strain rate) and at the room temperature, the effect of strain rate and mass inertia are minimal.
    Keywords: Strain rate, FLD, Al 6061
  • Alireza Najafi Amel, Shahriar Kouravand *, Payam Zarafshan, Ali Mashaallah Kermani, Morteza Khashechi Pages 341-349
    In this paper, optimization phase angle of alpha Stirling engine performed step by step method. After studying on the operation of various types of Stirling engines, the effect of the phase angle on the power and efficiency of Alpha Stirling engines was studied. The kinematic modeling of volumetric compression and expansion volumes has been done by ADAMS software. Then, the linearization of the thermodynamic equations was carried out on the basis of analysis of the isothermal and five-volume adiabatic stirling cycles to obtain the initial solution of its effective parameters on the power and efficiency. To optimize the phase angle between compression and expansion pistons, stepwise numerical solution of the stirling cycle was performed. Comparison of numerical solution with experimental data indicates an error rate of less than 5.3%. The simulation results show the optimum phase angle of 103 °. At this optimal angle, the results indicate an increase of 4.8% of the output power rather than the output power at a 90 ° pre-aligned angle. Simulation results indicate an improvement of 1.2% of the Alpha Stirling engine efficiency by adjusting this phase priority angle to the efficiency at 90 °.
    Keywords: Step by Step method, alpha Stirling engine, phase angle, isothermal analysis, five-volume adiabatic analysis
  • Mojtaba Tahani *, Vahid Esfahanian, Mohammad Fereidoonnezhad Pages 350-358
    In researches on ducted wind turbines, in order to consider the effects of the duct, the solution process is dependent on parameters which arise from experimental tests or computational fluid dynamics. In the present study, our goal is to present a method for considering the effects of the duct and hub on the wind turbine enclosed in a duct without needing to costly experimental tests or time-consuming numerical simulations. For this purpose, the potential flow method which requires only lift and drag coefficients as input parameters is used. The surface vorticity method and the lifting line theory based on the Biot-Savart law are implemented as a numerical method to analyze the performance of the ducted horizontal axis wind turbine. The proposed method is programmed in the MATLAB software. The validation is carried out with experimental result of the DONQI horizontal axis wind turbine. The results are in good agreement with experimental data in the literature. The output power of the ducted wind turbine is compared to the same bare wind turbine to show the effect of the duct on the performance of the wind turbine. The power curve is illustrated that the ducted wind turbine produces more power than an unducted wind turbine in the same condition.
    Keywords: Ducted wind turbine, Potential flow, Surface vorticity method, Lifting line theory
  • Asma Dehghan, Ali Keshavarz Valian *, Alireza Batooei, Hojjat Saberinejad Pages 359-366
    Oscillating flow is one of the most important characteristics of flow in stirling engine heat exchangers. In this study reciprocating flow in stirling engine cooler is investigated numerically. Numerical solution is based on finite volume and pressure based algorithm by using the commercial CFD code fluent. A Shell and tube type heat exchanger used as cooler. The working fluid, gas flows inside the tubes while the cooling fluid, water flows around the tubes. The heat transfer coefficient, temperature difference between tube walls and working fluid, Nusselt number and friction coefficient are calculated for Helium, Carbon dioxide and Nitrogen at different operating pressure and oscillating frequency. The Nusselt number, heat transfer coefficient and temperature difference between tube walls and working fluid increase with increase of operating pressure or oscillating frequency while Friction coefficient decreases. Helium has the highest heat transfer coefficient and friction coefficient and the lowest temperature difference between tube walls and working fluid. At the highest operating pressure and oscillating frequency, Carbon dioxide has the highest Nusselt number and the lowest Friction coefficient. Finally empirical equations for Nusselt number and friction coefficient are proposed for Helium, Carbon dioxide and Nitrogen, the error of the equations are within 0.23-8.07% when the range of kinetic Reynolds number is 2.96-212.50.
    Keywords: Oscillating flow, Cooler, Shell, tube heat exchanger, Nusselt number, Friction coefficient
  • Ahmad Mashayekhi, Saeed Behbahani *, Fanny Ficuciello, Bruno Siciliano Pages 367-374
    One of the main challenges of simulating virtual objects by haptic devices is instability, especially in simulating stiff objects. In this paper, a stability criterion for a haptic device is derived using Lyapunov approach. The haptic device is modeled as a mass and viscous friction, which has to simulate the touching a virtual environment (VE) with specified stiffness and damping. Dynamic equations and state-space equations are derived with assumption of small values of sampling time, time delay and virtual damping. A Lyapunov function is proposed, consisting of summation of kinetic and potential energy of the system, plus two unknown terms. Each one of these two unknown terms is a function of one system states (i.e. position and velocity). These two functions are determined so that, from one side the Lyapunov function be positive definite, and from the other side the stability criterion is reached with putting time derivation of the Lyapunov function negative. The stability condition determined by this method is a linear criterion between maximum permissible virtual stiffness, virtual damping of the VE, physical damping of the haptic device, sampling time and time delay, and is consistent with the results of previous researches with linear methods. The importance of the presented analysis in this paper is that this method can be extended by adding new terms to the Lyapunov function, to remove some limitations and to take into account nonlinear effects. Presented criterion and its results are verified by experiments on KUKA robot.
    Keywords: Stability, Lyapunov function, Haptic device, Energy based methods
  • Amin Farrokhabadi *, Hamid Reza Madadi Pages 375-384
    Studying the behavior of composite materials reveals that various types of failure modes occur when material experiences different loading conditions, which may have a significant impact on performance and properties of a structure. In this research, we study the mechanical response of orthogonal multi-layers by considering different failure modes at micro-scale and their development in macro-scale. For this purpose, the effect of the emergence and growth of fiber separation and subsequent formation of matrix cracks are investigated in the micro-scale. Furthermore, interlayer separation caused by leaving the matrix are studied in macro-scale. To model the separation of fiber matrix which is the first dominant failure mode, the sticky area method is used. The model verification and obtained results are compared with the previous research. Then, XFEM method is used to take into account the failure mode of matrix. Finally, using of the sticky area method, we are able to simulate the separation of matrix layers. The FE-program Abaqus via its user scripting interface (Python) are employed in this research for modeling of fibers embedded into matrix.
    Keywords: Micromechanics, Representative volume element, Cohesive zone, Matrix cracking, induced delamination, Extended finite element method
  • Alireza Shahriari, Hamid Reza Ashorynejad * Pages 385-396
    In the present paper, heat transfer and entropy generation in Rayleigh-Bóenard convection of nanofluids subjected to a magnetic field within an enclosed cavity is studied by adopting the lattice Boltzmann Model. The left and the right walls are smooth and insulated against heat and mass. The bottom wavy wall is heated, while the top flat wall is maintained at the cold temperature. The variation of density is slight thus; hydrodynamics and thermal fields equations are coupled using the Boussinesq approximation. The density and energy distribution are both solved by D2Q9 model. The study have been carried out for Rayleigh number 103, 104 and 105, Hartmann number 0, 30, 60 and 90 and volume fractions of 0 up to 0.04 for Cu, CuO and Al2O3 nanoparticles in base pure water fluid. Results show that the Nusselt number and entropy generation increase with the increment of Rayleigh number and nanoparticles volume fraction, but those decrease by the increment of the Hartmann number. The enhancement of magnetic field augments or plummets the effect produced by the presence of nanoparticles on heat transfer and entropy generation at different Rayleigh numbers. In addition, it is shown the greatest effect of nanoparticles on heat transfer and entropy generation is observed by addition of Cu nanoparticles and the least is function of Ra number. This study can, provide useful insight for enhancing the convection heat transfer performance by considering of energy losses within enclosed cavities with Rayleigh–Bóenard convection nanofluid under influence of magnetic field.
    Keywords: Entropy Generation, Nanofluid, Magnetic Field, Wavy-Wall, Lattice Boltzmann Method
  • Fereidoun Sabetghadam *, Abdullah Shajari-Ghasemkheily Pages 397-404
    A new method is proposed for implementing the no-slip/no-penetration conditions on the irregular immersed boundaries in the vorticity-streamfunction formulation of the incompressible viscous fluid flow. Time integration is performed using a semi-implicit method such that in each time step the vorticity-streamfunction equations are changed to a Helmholtz and a Poisson’s equation. Some singular source terms are added to the right hand sides of these equations, in the solid region, such that the desired boundary conditions can be satisfied. The singular source terms are found, using the inverse problems method, such that the desired boundary conditions of the vorticity-streamfunction equations be satisfied. Since the fast Poisson’s solvers are used, the method is high performance, with the computational effort of O(NlogN); and it is also flexible because it can be applied easily to the complex geometries. The method is applied in simulation of the fluid flow around a square solid obstacle, placed in a channel, and the agreement of the results with the other benchmark results are shown.
    Keywords: Incompressible fluid flow, Vorticity-Stream function formulation, Immersed Rigid Body, Singular Source Terms
  • Mostafa Sefidgar *, Ramin Sijanivandi, Madjid Soltani, Mohammad Hossein Hamedi Pages 405-410
    In this paper, a numerical algorithm based inverse method is used to estimate effective diffusion coefficient by using experimental tracer distribution. The Algorithm uses factitious experimental data which are produced by adding noise to numerical data obtained from direct problem. A comprehensive model (Diffusion-Convection-Reaction) is used to derive PET tracer distribution in tumor tissue with microvasculature network. This model was used because of considering all transport phenomena in tissue. In this work to achieve accurate distribution of tracer in tumor tissue, convection diffusion reaction equation which is a PDE is implemented. The proposed tracer in this work is Fluorodeoxyglucose (18F). Solution of inverse problem for estimating effective Diffusion Coefficient is based on minimization of least squares norm. In this work Levenberg-Marquardt technique is applied. Solution of parameter estimation problem require calculation of sensitivity matrix which elements are sensitivity coefficients. Sensitivity coefficients shows differentiation of Tracer concentration with respect to Effective Diffusion coefficient variation is calculated using first derivation of concentration equation. The equations of concentration distribution and sensitivity coefficients are solved using Finite volume method. The results show that the numerical algorithm is able to estimate the effective diffusion coefficient in tissue.
    Keywords: Parameter estimation, Inverse problem, Comprehensive model, Diffusion-Convection-Reaction, effective diffusion coefficient
  • Hadi Delavari *, Atefeh Azizkhani, Pooya Shiuooei Pages 411-419
    Energy saving, low robot mass to carried mass ratio, more ability to work in various environments, easier delivery of parts and lower production costs in flexible robots make these robots more attractive than rigid robots to many researchers and industries. But due to nonlinearities in flexible robot system and high vibration in operation points and also more sensitivity against external disturbances, control of these robots is more difficult and complex. In this paper a controller for a flexible link manipulator based on fractional calculus is practically implemented. At first the dynamic model of a single flexible-link robot is introduced. Then various controllers such as fuzzy control, PID control, and fractional order PID torque control are practically implemented on a single flexible-link robot made in laboratory, and then the performance of each controllers in decreasing of arm vibration in final desired point and tracking error reduction are investigated. Further, to compare the robustness of the designed controllers, a same constant disturbance is applied to all controllers and their performance are compared. Finally, the simulation results and experimental results show that the fractional order PID torque controller has the best results among the implemented controllers.
    Keywords: Single flexible-link, Fractional Calculus, Fuzzy Control, Fractional order PID torque control, Disturbance, Tracking error
  • Sina Sabbaghi Farshi, Amir Rasti, Mohammad Hossein Sadeghi *, Javad Hashemi Khosrowshahi Pages 420-428
    In this study, interference fit process and its influence on fatigue life of holed specimens made of AISI4340 hardened steel were investigated experimentally. For this purpose, Tungsten carbide pins were fitted into the steel samples and putted under fatigue test with zero load ratio and 10 Hz frequency. These experiments were done for specimens with 5 interfence levels and two repetition. Results revealed that the compressive force required for interference fitting the pin in hole increases as the interference size goes up. The peak force was observed when the pin reached bottom of specimen and the maximum plastic deformation occurred. 3D finite element modeling of interference fit showed that distribution of residual stress on the hole wall and far away from it were compressive and tensile respectively. Moreover, results of fatigue experiments showed increasing the specimens fatigue life up to 1.5% interference fit. In this level, fatigue life is 2.5 times greater than specimen without fitting. However, by increasing interference up to 2%, increasing trend of fatigue life is stopped. Analysis the fracture surface of samples showed that the fatigue cracks are initiated from edge of the hole at specimens with press fit. While crack initiation site was in the middle plane of hole for specimens without fitting.
    Keywords: Interference Fit, Fatigue Life, Finite Element Simulation
  • Seyed Sajjad Jalali, Seyed Mohammad Hesein Sharifi *, Gholamreza Salehi, Majid Eshagh Nimvari Pages 429-438
    In this paper, using a hybrid compression-absorption refrigeration system for providing cooling demand of air condition and fridges for meat, fish vegetable and dairy preservation, simultaneously on a ship is proposed. Cooling demands for air condition and fridges are in each ship. So, the use of proposed system can be considered in all ships and is not limited to a special one. Exhaust gases of auxiliary engine are applied as a heat source for absorption section. The results show that exhaust gases heat recovered is higher than the demand of generator on all ranges of engine loads. Unlike main engine, auxiliary engines are always on and don’t depend on the movement of ship. So, exhaust gases of auxiliary engine as a heat source is an appropriate and permanent heat source for generator of absorption section. Based on energy, exergy and environmental analysis, a comparative performance analysis of proposed system and conventional system (vapor compression refrigeration system) has been carried out. The results show that based on tropical condition, fuel consumption and total irreversibility of proposed system are respectively 91.6% and 26.6% less than conventional system. Using a hybrid compression-absoption refrigeration system in comparison to vapor compression refrigeration system causes 64834 $ annual saving due to reduction in CO2 emission penalty(cost).
    Keywords: Ship, Hybrid Refrigeration System, Air Condition, Fridge, Waste Heat Recovery
  • Ali Asghar Jafari *, Masoud Golzari, Mohammad Saeid Jafari Pages 439-450
    In the present study, the available methods of predicting the sound transmission loss through infinitely long double-walled cylindrical shells with porous layer are developed to analytically compute the sound transmission loss in triple-walled sandwich cylindrical shells in the presence of an external fluid flow. Loves’ shell theory and Lee’s method based on Biot’s theory are used to describe the motions of thin isotropic triple-walled cylindrical shell and wave propagation in the porous media, respectively. The vibro-acoustic problem for the most complicated configuration of the triple-walled sandwich cylindrical shell is formulated and solved by the transfer matrix method with appropriate boundary conditions. The total transmission loss in a diffuse field is calculated and validated by considering the effect of total internal reflection. Then the transmission loss of triple-walled cylindrical shell is compared with its double-walled counterpart of the same weight. The results generally show a superior performance in sound insulation for the case of triple-walled shell, considerably at mid-high and high frequency regions. Moreover, ten typical configurations, which involve different coupling methods between the walls and porous layers, are considered to completely study the effect of various configurations on the sound transmission properties. As will be shown, a configuration with the largest number of air gaps in its structure provides better performance in sound transmission reduction almost at the entire frequency range. The effects of external fluid flow and azimuthal angle are also studied on the sound transmission loss.
    Keywords: Sound transmission loss, Triple-walled cylindrical shell, Porous layer, External flow, Diffuse sound field