فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و چهارم شماره 8 (آبان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/07/02
  • تعداد عناوین: 12
|
  • علی حیدری، محمد ضابطیان طرقی*، سروش ضیایی، رضا نصرتی، ایمان حلوایی صفحه 1

    در این پژوهش حرکت میکروشناگر در یک سیال نیوتنی تراکم ناپذیر با استفاده از روش المان محدود در حالات دو و سه بعدی بررسی شده است. حرکت موجی شکل در دم میکروشناگر باعث ایجاد نیروهای هیدرودینامیکی درون سیال می شود و نیروی عکس العمل آن، باعث به جلو راندن میکروشناگر می شود. برای بررسی این موضوع، معادله ناویر-استوکس با قانون نیوتن جفت شده و در ناحیه محاسباتی حل شده است. در قسمت اول این پژوهش، تاثیر پارامترهای هندسی، همچون عرض کانال و پارامترهای موجی، همچون دامنه و طول موج، بر سرعت میکروشناگر بررسی شد. در میان نتایج بدست آمده، رابطه بین طول موج و سرعت میکروشناگر مورد توجه قرار گرفت. نشان داده شد که روند تغییرات سرعت در حالت دوبعدی قابل پیش بینی نبوده و ارتفاع کانال شدیدا بر این رابطه تاثیر می گذارد. در قسمت دوم این مطالعه، با استفاده از مدل گسترش داده شده به بررسی پدیده شنای هماهنگ در دو حالت دو و سه بعدی پرداخته و نشان داده شد که میانگین سرعت شنا در حالت پهلو به پهلوی دو بعدی، پهلو به پهلوی سه بعدی و بالا-پایین سه بعدی، به ترتیب 12 درصد افزایش، 10 درصد کاهش و 7 درصد افزایش می یابد. در انتها نیز با بررسی توزیع فشار در دامنه محاسباتی و اطراف میکروشناگران می توان به این نتیجه رسید که دوقطبی های ایجاد شده ناشی از ضربه دم میکروشناگران و جهت قرارگیری آن ها علت افزایش و یا کاهش میانگین سرعت شنا است.

    کلیدواژگان: میکروشناگران، اسپرم، نیرو های هیدرودینامیکی، شنای هماهنگ، موج
  • علی غفاری*، مسعود عبداللهی نیا، شهرام آزادی صفحه 2

    انحراف به چپ در مسیرهای دوطرفه، از شرایط حساس رانندگی است که می تواند منجر به برخورد شدید خودروها از روبرو شود. به دلیل تلفات زیاد این تصادفات، ارایه ی سیستم های هوشمند هدایت خودرو در چنین شرایطی، ضرورت دارد و مورد توجه جدی نبوده است. این مقاله به طراحی مسیر ایمن و مانورپذیر، برای اجتناب از برخورد با خودروی منحرف شده از مسیر روبرو می پردازد. رویکرد اصلی، استفاده از کنترل پیش بین با افق 2 ثانیه و مدل پیش بین خطی سازی شده ای است که در شرایط کاری، تطابق خوبی با رفتار غیرخطی اش دارد. برای پیش بینی حرکت خودروی مهاجم، رویکرد محافظه کارانه ای مدنظر است و حرکت آن تا افق 7/0 ثانیه، با شتاب جانبی بالایی در دو جهت مدل می شود. برای عدم برخورد خودروها، روش نوینی براساس فضاهای اشغالی آینده ی خودروی مهاجم ارایه شده، قیدهای اجتناب از برخورد به سادگی مدل سازی می شوند. هم چنین برای تشخیص جهت مناسب مانور اجتنابی، یک الگوریتم نوآورانه طراحی شده است که در تقابل دور و نزدیک خودروها، معیارهای مختلفی دارد. مجموعه ی نهایی، قابلیت کنترل فرمان پذیری مدل پیش بین را دارد و پاسخ لحظه ای این مدل، همان مسیر مرجع ایمن خودرو و مقید به شتاب جانبی مشخصی است. ارزیابی مجموعه ی نهایی با 4 شبیه سازی صورت می گیرد که حالت های مختلف تقابل دور و نزدیک و شرایط بحرانی انتخاب جهت را مدل می کنند. نتایج حاصل، واکنش مناسب الگوریتم را به تغییر جهت های ناگهانی و شدید خودروی مهاجم نشان می دهد.

    کلیدواژگان: انحراف به چپ، اجتناب از برخورد، طراحی مسیر، کنترل پیش بین، بهینه سازی مقید
  • محمدامین فرقانی، یوسف بازرگان لاری*، پرهام زاهدی نژاد، محمدجواد کاظم زاده پارسی صفحه 3

    این مقاله تحلیل ارتعاشات دامنه بزرگ تیرهای متخلخل مدرج هدفمند دو جهته در شرایط مرزی مختلف را با استفاده از نظریه تغییر شکل برشی مرتبه سوم و تانسور گرین و غیر خطی بودن هندسی فون کارمن بررسی می کند. خواص مواد این تیرها با توجه به قانون توانی و نمایی در دو جهت تغییر می کند. معادلات حرکت و شرایط مرزی مرتبط با استفاده از اصل همیلتون به دست آمده است. برای حل سیستم معادلات، روش ترکیبی مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته همراه با یک روش تکرار عددی مستقیم ایجاد شده است. پس از اثبات همگرایی این روش، از نتایج استخراج شده از یک مطالعه قبلی بر اساس نظریه برشی تیموشنکو برای اعتبار سنجی نتایج استفاده می شود. سپس تاثیر شاخص های گرادیان مواد در دو جهت، نسبت دامنه فرکانس، ضریب تخلخل، اثر باریک شوندگی مقطع، پارامترهای بستر برشی و الاستیک و شرایط مرزی مختلف بر فرکانس های دامنه بزرگ تیرهای مدرج هدفمند مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج این تحقیق ضمن بررسی دقیق فرکانس های تیرهای مدرج هدفمند مقطع متغیر، در طراحی بهینه تیرهای دو جهته تاثیر گذار بوده و در روش های پیش بینی و کشف مودهای شکست این تیرها بسیار موثر است.

    کلیدواژگان: ارتعاشات دامنه بزرگ، تیر مدرج هدفمند دوجهته، تخلخل، مقطع باریک شونده، تئوری برشی مرتبه سوم
  • المیرا مجاور زرگر، مجید ساده دل*، محمدرضا کرفی صفحه 4

    در سال های اخیر استفاده از میکروربات های مغناطیسی به دلیل حداقل تهاجمی بودن آن ها، در کاربردهای پزشکی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. یکی از چالش های این میکروربات ها، کنترل خودکار آن ها در درون بدن موجود زنده جهت رسیدن به هدفی مشخص می باشد. با توجه به کوچک بودن اندازه میکروربات، موقعیت و جهت آن با استفاده از میدان مغناطیسی خارجی کنترل می شود که ایجاد این میدان مغناطیسی به وسیله آهنربای دایم و یا آهنربای الکتریکی انجام می شود. یکی از مزیت های استفاده از آهنربای الکتریکی جهت ایجاد میدان مغناطیسی خارجی، امکان کنترل جهت و اندازه میدان مغناطیسی، توسط کنترل جریان الکتریکی است. در این مقاله میکروربات به صورت یک دو قطبی مغناطیسی نقطه ای در نظر گرفته شده است که با استفاده از قوانین ماکسول نیرو و گشتاور وارد بر دو قطبی برحسب جریان هر یک از آهنربای الکتریکی بدست آمده است. همچنین الگوریتمی، جهت مسیریابی ربات در محیطی با موانع نامشخص بدون محاسبه کردن مسیر از پیش تعیین شده، پیشنهاد شده است. علاوه بر این، صحت روابط بدست آمده و الگوریتم طراحی شده از طریق شبیه سازی حرکت ربات در نرم افزار متلب مورد بررسی قرار گرفته شده است که کارایی استفاده از سه آهنربای الکتریکی برای کنترل موقعیت میکروربات مغناطیسی در حرکت صفحه ای را تایید می کند.

    کلیدواژگان: میکروربات، تحریک مغناطیسی، میدان مغناطیسی، الگوریتم جهت یابی
  • محمد حسینی*، افشین حسینی، رضا بهاءالدینی صفحه 5

    در این پژوهش، به تحلیل ارتعاشات و پایداری میکرولوله های حامل سیال تحت تاثیر میدان های مغناطیسی، الکتریکی و حرارتی با استفاده از تیوری های کلاسیک، تنش کوپل اصلاح شده و گرادیان کرنش اصلاح شده پرداخته شده است. برای مدل سازی لوله از تیوری تیر اویلر-برنولی با شرایط مرزی مختلف اعم از یکسرگیردار-یکسرپین، دوسرگیردار و دوسرپین استفاده شده است. معادلات دیفرانسیل حاکم بر ارتعاشات میکرو لوله حامل سیال از روش توسعه یافته ی همیلتون استخراج شده و از روش توسعه یافته ی گالرکین جهت تبدیل معادلات با مشتقات جزیی به معادلات با مشتقات معمولی استفاده شده است. با تحلیل فرکانسی مسیله، به بررسی پارامترهای وابسته به اندازه، میدان های مغناطیسی، الکتریکی و حرارتی، شرایط مرزی مختلف بر روی مقادیر ویژه و سرعت بحرانی سیال پرداخته شده است. نتایج بدست آماده برای هر سه تیوری با یکدیگر مقایسه شده اند که نشان دادند، تیوری گرادیان کرنش اصلاح شده نسبت به تیوری تنش-کوپل اصلاح شده و تیوری کلاسیک، فرکانس های طبیعی و سرعت سیال بحرانی بیشتری پیش بینی می کند. تاثیرات میدان های مغناطیسی، الکتریکی و حرارتی به همراه شرایط مرزی مختلف بر روی مقادیر ویژه و سرعت سیال بحرانی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان دادند که پایداری مسیله با افزایش ضریب میدان مغناطیسی افزایش می یابد ولی با افزایش ضریب میدان های الکتریکی و حرارتی، کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: ارتعاشات، میکرو لوله ی حامل سیال، میدان های مغناطیسی، الکتریکی و حرارتی، تئوری های گرادیان کرنش
  • مهدی زکی زاده، علی جمالی، منصور رفیعیان*، حمید سعیدی، علی چائی بخش صفحه 6

    آنالیز ارتعاشات از کاربردی ترین روش های پایش وضعیت و عیب یابی تجهیزات دوار است . در این تحقیق با استفاده از آنالایز ارتعاشات و شبکه ی عصبی SVM روشی جهت پایش وضعیت و عیب یابی بلویرهای لکوموتیو ارایه شده است. جهت انجام این تحقیق ابتدا از بلویرها ارتعاشی شده داده برداری و سیگنال های دریافتی در چهار گروه بلویرهای سالم و با عیوب نابالانسی، لقی پایه و تاب پره دسته بندی شدند. سپس سیگنال-های دریافتی پردازش شده و تعداد 11 ویژگی فرکانسی و 5 ویژگی زمانی از این سیگنال ها استخراج شدند. از آنجایی که در بسیاری موارد نسبت ویژگی های استخراج شده می تواند به فرایند تشخیص عیب کمک کند، نسبت تمام ویژگی ها به هم نیز محاسبه شده و به عنوان ویژگی های جدید تعریف شدند. سپس این ویژگی ها به عنوان ورودی به شبکه عصبی SVM طراحی شده، داده می شوند. تعداد زیاد ویژگی در بسیاری مواقع باعث گیج شدن شبکه عصبی می شود ، به همین دلیل داخل شبکه عصبی یک فیلتر آزمون T قرار داده شده که به انتخاب ویژگی های مناسب کمک می کند. نتایج به دست آمده نشان می دهد که این فیلتر می تواند دقت شبکه ی عصبی، جهت تشخیص نمونه های سالم از معیوب، را از 84.9 درصد به 97.9 درصد افزایش دهد. در انتها جهت تشخیص عیوب مختلف، شبکه عصبی SVM دو کلاسه، با و بدون فیلتر آزمون T اجرا شد که نتایج نشان می دهد در تمامی حالات دقت شبکه با فیلتر آزمون T افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: آنالیز ارتعاشات، عیب یابی، پردازش سیگنال، شبکه های عصبی، آزمون T
  • افشین تفضلی، مسعود عسگری*، آیدین غزنوی اسگوئی صفحه 7

    ایمنی غیرعامل مهم ترین بخش محافظت از جان سرنشینان در تصادفات و برخوردها در موضوع ایمنی خودرو هاست. جعبه تصادف یکی از اساسی ترین بخش های ایمنی غیرعامل در خودرو است و انتظار بر این است که توانایی جذب انرژی جنبشی در تصادفات طولی را داشته باشد تا بتواند در محدوده ای ایمن، آسیب به سرنشینان را به حداقل برساند. با وجود به کارگیری انواع اشکال هندسی و مواد در ساخت جعبه تصادف، سازه های مخروطی و آلومینیوم توجه های بسیاری را به خود جلب کرده اند. در این پژوهش سازه های مخروطی آلومینیومی و آلومینیوم-کامپوزیت تحت بارگذاری شبه استاتیک در آزمایش تجربی و شبیه سازی عددی بررسی شد که نتایج حاکی از افزایش تا سه برابری جذب انرژی ویژه، نیروی حداکثر و نیروی میانگین سازه های آلومینیومی با به کارگیری الیاف شیشه- اپوکسی در تقویت سازه آلومینیومی بود. همچنین الیاف شیشه- اپوکسی علاوه بر خواص مکانیکی خود به دلیل به کار گیری زوایای لایه چینی 0 و 90 توانستند عملکردی عالی در پوشش نقایص ساخت سازه آلومینیومی و راهنمایی مقطع به مقطع تخریب از خود نشان دهند.

    کلیدواژگان: جذب انرژی، جعبه تصادف، سازه های مخروطی ناقص، آلومینیوم-کامپوزیت، جذب انرژی مخروط FML
  • حسن سیار، رامین ملاحمزه زاده، محمدحسین کرانی، محمد آزادی* صفحه 8

    در این مطالعه، یک پژوهش با شبیه سازی عددی استوانه جدار ضخیم با بارگذاری چرخه ای حرارتی- مکانیکی انجام شده است. شرایط مرزی اعمال شده مشابه لوله سلاح در هنگام شلیک مداوم است. چهار شرط تنشی در دمای 25-950 درجه سانتیگراد و فشار 100-350 مگاپاسکال در طول چرخه بارگذاری مورد بررسی قرار گرفته است. شرایط عبارتند از اول بارگذاری حرارتی- مکانیکی بدون اتوفرتاژ و بدون ترک، دوم حرارتی- مکانیکی با اتوفرتاژ بدون ترک، سوم بارگذاری حرارتی- مکانیکی در لوله دارای ترک بدون اتوفرتاژ با افزایش طول ترک و چهارم بارگذاری حرارتی- مکانیکی در لوله اتوفرتاژ شده دارای ترک با افزایش طول ترک. مقایسه نتایج حاصل از مدل های شبیه سازی لوله اتوفرتاژ شده و بدون اتوفرتاژ دارای اطلاعاتی در مورد گسترش کرنش ها و تنش ها در لوله است. مواد مورد مطالعه در لوله، فولاد ST50 و کامپوزیت زمینه فلزی SiC/Ti-24Al-11Nb در سه نسبت قطر 25، 50 و 75 درصد به یکدیگر است. گرایش کلی بارگذاری در لوله اتوفرتاژ شده منجر به اثر نرم شدن سطح لوله می شود. این پدیده به عنوان کاهش سختی سطح داخلی لوله مشاهده می شود. همچنین حداکثر تنش ناشی از چرخه ترمومکانیکی تا عمق 9 میلی متر برای لوله با طراحی ترکیبی وجود دارد و پس از آن تغییرات حداقلی است. این عمق فعال برای شروع ترک است.

    کلیدواژگان: استوانه جدار ضخیم، اتوفرتاژ، کامپوزیت زمینه فلزی، شبیه سازی عددی، ترک
  • علیرضا آلبویه*، شهرام امیرعبدالهیان، نیما فتاحی صفحه 9

    در پژوهش حاضر به بررسی رفتار مخازن سی ان جی نوع اول تا چهارم خودروها تحت اثر فشار داخلی و بار انفجاری خارجی در نرم افزار اجزای محدود آباکوس پرداخته شد. ابتدا، به منظور اطمینان از عدم گسیختگی این مخازن تحت فشار داخلی، فشارهیدرواستاتیک 200 بار به آن ها اعمال شد و میزان شاخص شکست این مخازن با استفاده از معیار سای - هیل مورد بررسی قرار گرفت. سپس، جهت ارزیابی رفتار مخازن تحت بار انفجاری خارجی، الگوریتم کانوپ مورد استفاده قرار گرفت. برای این منظور، از ماده تی ان تی در دو نقطه انفجاری (نزدیک و دور) و سه مقدار خرج انفجار مختلف استفاده شد. در شبیه سازی انفجار، مقدار آسیب وارد به ناحیه فلزی و کامپوزیتی مخازن به ترتیب با استفاده از معیار جانسون - کوک و هاشین مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد، مخزن نوع چهارم نسبت به مخازن دیگر بیشترین استحکام در برابر فشار هیدرواستاتیکی داخلی را دارد و می تواند تا فشار 610 بار را تحمل کند. بعلاوه، مخزن نوع سوم بالاترین ایمنی را در مقابل موج انفجار خارجی دارد. مقایسه نتایج مربوط به مخازن کامپوزیتی نوع دوم تا چهارم نشان می دهد، وجود آستر فولادی در زیر لایه کامپوزیتی تاثیر بسزایی در استحکام مخزن در مقابل انفجار دارد. از نتایج مهم دیگر این است که مخزن نوع اول علیرغم وزن بالا مقاومت خوبی در مقابل فشار داخلی و همچنین موج انفجار دارد.

    کلیدواژگان: مخزن تحت فشارCNG، مخزن کامپوزیتی، انفجار، معیار شکست جانسون - کوک، معیار شکست هاشین
  • امیررضا استادی، سید مهدی گنجیانی* صفحه 10

    تعیین مشخصات پایدار رفتار ماده تحت تاثیرات تنش و دما به منظور طراحی مطلوب و همچنین بهینه سازی پارامترهای فرآیند ساخت در صنعت فرم دهی فلزات به طرز قابل توجهی مهم و حیاتی است. هدف این پژوهش ارایه یک روش نوین اندازه گیری کرنش شکست قطعات برشی و ناچ دار در سه محوره های مختلف تنش با استفاده از دستگاه اندازه گیری وی ام ام می باشد. همچنین تاثیرات افزایش دما بر کرنش شکست نیز بررسی شده است. ماده مورد بررسی آلومینیوم 5083-اچ 321 می باشد. برای این منظور بیست و چهار نمونه مختلف تخت از جمله نمونه های برشی و ناچ دار برای چهار نوع سه محوره ی 2/0 و 33/0 و 38/0 و 55/0 جهت تست در سه محدوده دمایی (25، 200 و 400 درجه سانتیگراد) آماده سازی شدند و تحت شرایط بارگذاری استاتیکی مورد آزمایش قرار گرفته اند. کرنش شکست نمونه ها اندازه گیری و نتایج مرتبط بدست آمدند. نتایج بدست آمده با نتایج تجربی دیگران و همچنین نتایج شبیه سازی شده با استفاده از مدل رایس و تریسی مقایسه شدند. همچنین با انجام آزمایش های جدیدی که در این مقاله انجام شده است، نقطه قطع شدن منحنی در سه محوره 2/0 بدست آمده است. با بررسی نتایج مشاهده می شود در دمای پایین (°C25)، با افزایش سه محوره تنش، کرنش شکست روندی کاهشی دارد، در حالی که در دمای °C200 این روند تقریبا ثابت و یکنواخت است ولی در دمای °C400 این روند افزایشی است.

    کلیدواژگان: سه محوره تنش، دما، کرنش شکست، شبیه سازی اجزا محدود، روش وی ام ام
  • سید شرف الدین حسینی*، علی شهرجردی صفحه 11

    یکی از بحران های امروز قطع درختان برای تولید مصنوعات چوبی است که اثر مخربی بر محیط زیست و آب و هوای زمین داشته و تلاش برای یافتن محصول جایگزین ضروری و مهم به نظر می رسد. کاهش منابع چوبی طبیعی، در کنار افزایش میزان نیاز به مصنوعات چوبی، تلاش برای تولید کامپوزیت های بازیافتی جایگزین چوب درختان را ضروری تر نموده است. با توجه به اینکه ساختار پوست سخت میوه گردو و پسته در حالت عادی فقط قابلیت خرد و پودر شدن دارند، لذا می توان از آنها در تهیه نیوپان استفاده نمود. در این تحقیق آزمایشگاهی با استفاده از دور ریز چوب سخت میوه گردو و پسته نمونه های کامپوزیتی مرکب از خانواده نیوپان ساخته شد و به بررسی خواص فیزیکی آنها پرداخته شده است. نتایج تحقیق نشان داد که کامپوزیت های ساخته شده نسبت به نیوپان معمولی چگالی بیشتری داشته و با وجود هدایت حرارتی کمی بالاتر، مقاومت بهتری در برابر آتش گیری دارند و زمان آتش گیری برای نمونه پوست سخت میوه گردو و همچنین گردو/پسته به ترتیب 69% و 84% نسبت به نیوپان معمولی بیشتر بوده است. کامپوزیت های ساخته شده بخاطر ساختار تکه ای سطح برش ناصاف تری داشته و در برابر خمش رفتار جسم ترد و شکننده را از خود نشان دادند. رفتار الکتریکی کامپوزیت های ساخته شده تفاوت قابل توجهی با نیوپان معمولی نداشته است.

    کلیدواژگان: چوب گردو، چوب پسته، کامپوزیت چوبی، چوب بازیافتی
  • فرشاد جعفری ویدوجی، اسلام رنجبرنوده*، سید احسان میرصالحی صفحه 12

    جوشکاری علی رغم کاربرد وسیع در صنعت، دارای مشکلاتی است. یکی از مشکلاتی که جوشکاری فلزات به دنبال دارد، اعوجاج ناشی از آن است که آلومینیوم نیز از آن مستثنی نیست. راه های مختلفی برای کاهش اعوجاج وجود دارد که یکی از آن ها استفاده از روش جدیدی به نام منبع سرد کننده دنباله رو است. در این پژوهش به بررسی تاثیر منبع سردکننده دنباله رو بر کاهش اعوجاج ناشی از جوشکاری پرداخته شده است. در این بررسی، ابتدا آلیاژ آلومینیوم کار شده 3105AA با روش ذوبی الکترود تنگستن با گاز محافظ آرگون جوشکاری شد. در هنگام انجام عملیات، یک منبع سردکننده از گاز آرگون برای سرد کردن سریع خط جوش تعبیه گردید و مورد استفاده قرار گرفت. سپس نمونه ها با استفاده از روش المان محدود سه بعدی با و بدون در نظر گرفتن تاثیر منبع سردکننده اعمال شده، با استفاده از نرم افزار انسیس شبیه سازی شدند تا تاثیر این روش بر اعوجاج ناشی از جوشکاری مورد بررسی قرار گیرد. مقایسه نتایج تجربی و شبیه سازی حاصل، همخوانی منطقی نتایج را به همراه داشته است. در نتایج حاصل مشخص شد، استفاده از منبع سردکننده دنباله رو در کاهش اعوجاج مفید بوده و مقدار اعوجاج ناشی از جوشکاری را تقریبا تا 40 درصد کاهش می دهد و باعث افزایش سختی در منطقه متاثر از حرارت جوش به مقدار 10% تا 12% می شود.

    کلیدواژگان: روش اجزاء محدود، منبع سردکننده دنباله&rlm، رو، اعوجاج، آلومینیم 3105، قطر موثر
|
  • Ali Heydari, Mohammad Zabetian Targhi *, Soroush Zeaei, Reza Nosrati, Iman Halvaei Page 1

    This research investigates the motion of microorganisms in an incompressible Newtonian fluid using the finite element method in 2D and 3D. The undulating motion generated inside a microswimmer's tail creates hydrodynamic forces within the fluid, which its reaction force propels the microswimmer forward. The Navier-Stokes equation is coupled to Newton's law and solved in the computational domain to simulate the microswimmer's motion. In the first part of this study, the effect of geometric parameters (channel width) and wave parameters (wave amplitude and wavelength) on the swimmer's velocity was investigated. The obtained results indicated that the trend of velocity changes in 2D is not predictable, and the channel height affects this relationship significantly. In the second part of this study, the synchronized swimming phenomenon in 2D and 3D was investigated using the developed model. The results showed that the average swimming velocity in 2D side-by-side, 3D side-by-side, and 3D top-bottom configurations increases by 12%, decreases by 10% and increases by 7%, respectively. Finally, by examining the pressure distribution in the computational domain, it can be concluded that the force dipoles created by the microswimmers' undulating tails, and their position, are the reason behind the increase or decrease of the average swimming velocity.

    Keywords: Microswimmers, Sperm, Hydrodynamic forces, Synchronized swimming, Wave
  • Ali Ghaffari *, Masoud Abdollahi Nia, Shahram Azadi Page 2

    Due to high fatalities of head-on accidents, design of intelligent systems to prevent such severe collisions has high importance. In this study, path planning for head-on collision avoidance with a deviated vehicle from the opposite line has been considered. The main approach is based on a model predictive controller with 2 seconds of prediction horizon and a linearized prediction model with low errors near the operational conditions. A conservative method is chosen for lateral motion prediction of the deviated vehicle and based on that, the collision avoidance constraints of model predictive planner are simply modeled by a new approach. Moreover, a novel method to choose proper swerve direction of evasive maneuver is proposed. This method is based on keeping the ego vehicle away from dangerous directions and has different criteria for far and close encounters. The final algorithm is capable to control the steering of the prediction model with constrained lateral acceleration and calculates safe and maneuverable paths for the aforementioned scenario. 4 simulations are considered to validate the algorithm. These simulations model both far and close encountering, with critical conditions of choosing swerve direction. Results show robustness of the path planner, even to sudden deviations at close distances and with high lateral accelerations.

    Keywords: Head-on Collision Avoidance, path planning, model predictive control, Constrained Optimization
  • Mohammadamin Forghani, Yousef Bazargan Lari *, Parham Zahedinejhad, MohammadJavad Kazemzadeh-Parsi Page 3

    This Paper deals with Large Amplitude Frequency behavior of porous bi-directional functionally graded beams subjected to various boundary conditions utilizing Reddy third order shear deformation theory and Green’s tensor together with the Von Karman geometric nonlinearity. The material properties of the beam change according to power and exponential law in both directions. The equations of motion and associated boundary conditions are derived by means of Hamilton’s principle. A generalized differential quadrature method in conjunction with a direct numerical iteration method is selected to solve the system of equations. Demonstrating the convergence of this method, the verification is performed by using extracted results from a previous study based on the Timoshenko beam theory. The results for extensive studies are provided to understand the influences of the different gradient indexes, amplitude ratios, porosity coefficient, tapered ratio, shear and elastic foundation parameters and boundary conditions on the Large amplitude vibration frequencies of the bi-directional functionally graded beams. The results reveal that non-linear frequencies increase with the rise of elastic foundation and tapered coefficients and the soar of porosities and material gradients in two directions causes a sharp decrease in non-dimensional frequencies. The results of this study, while carefully examining the frequencies of variable cross-sectional functionally graded beams, are effective in the optimal design of bi-directional beams and are effective in predicting and detecting failure modes of these beams.

    Keywords: Large-amplitude vibration, Bi-directional FG beam, Porous, Variable Cross section, Third order shear deformation theory
  • Elmira Mojaver Zargar, Majid Sadedel *, Mohammad Reza Karafi Page 4

    Recently, magnetic microrobots have attracted much attention in biomedical applications due to their minimally invasive features. One of the challenges in this field is about in-vivo autonomous control of microrobots to reach a predefined target. In concern of the submillimeter size of the microrobots, their position and orientation are controlled by an external magnetic field which is generated by permanent magnets or electromagnets. One of the advantages of using electromagnets to produce an external magnetic field is the ability of controlling the magnitude and orientation of the magnetic field by manipulating the electrical current of each electromagnet. In this study, by using Maxwell’s equations and considering the microrobot as a point dipole, the exerted force and torque relations are driven as a function of electromagnets’ electrical current. Moreover, a navigation algorithm is proposed to guide the robot through unknown obstacles without planning the whole path. Furthermore, the driven equations and designed algorithms are validated by simulating the microrobot’s motion using MATLAB software, which confirms the effectiveness of using three electromagnets to control an electromagnet microrobot’s planer motion.

    Keywords: Microrobot, Magnetic actuation, magnetic field, Navigation algorithm
  • Mohammad Hosseini *, Afshin Hosseini, Reza Bahaadini Page 5

    In this study, vibration and stability analysis of micro-pipes conveying fluid under magnetic, electric, and thermal fields using classic, modified coupled stress, and modified strain gradient theories are presented. The Euler-Bernoulli beam theory with clamped-pinned, clamped-clamped, and pinned-pinned boundary conditions is used for modeling of the pipe. The differential equations governing the vibration of conveying fluid micro-pipe is derived through extended Hamilton’s method. Additionally, the extended Galerkin’s method is used to convert the governing PDEs into ODEs. The effects of size, boundary conditions, magnetic field, electric field, and thermal field on Eigenvalues and critical velocity are investigated. The results of the three theories have been compared with each other which showed the magnitude of each field’s effect on the same boundary conditions and theory is different. The most and least effective fields are magnetic and thermal fields, respectively, and the magnitude of the field’s effect is more evident on the pinned-pinned boundary condition. The results showed that the stability of the problem increases with the increase of the magnetic field coefficient, but decreases with the increase of the coefficient of electric and thermal fields.

    Keywords: Vibration, Micro-pipe conveying fluid, External fields, Modified strain gradient theory
  • Mahdi Zakizadeh, Ali Jamali, Mansoor Rafeeyan *, Hamid Saeedi, Ali Chaibakhsh Page 6

    Vibration analysis is one of the most practical methods for condition monitoring and fault detection of rotating equipment. In this research, a method for condition monitoring and fault detection of locomotive blowers is presented which using vibration analysis and SVM neural network. For this point, after the data collection process of vibrating blowers, the received signals were classified into four groups: healthy blowers and with unbalance defects, base looseness and blade warping.The received signals were also processed and 11 frequency properties and 5 time properties were extracted. The ratio of the extracted properties defined as new properties which can help to fault detection process. These features are then given as input to the SVM neural network. Too many features often confuse the neural network, which is why a T-test filter is placed inside the neural network to help select the right features. The results show that this filter can increase the accuracy of the neural network to distinguish healthy samples from defective ones from 84.9% to 97.9%. Finally, a two-class SVM neural network was implemented, with and without a T-test filter, and we show that the network accuracy increases with a T-test filter in all cases.

    Keywords: vibrating analysis, Fault detection, signal processing, Neural Network, T Test
  • Afshin Tafazoli, Masood Asgari *, Aidin Ghaznavi Page 7

    Passive safety is the most important part of protecting the lives of occupants in accidents and collisions when it comes to vehicle safety. The crash box is one of the most basic passive safety components in the vehicle and is expected to be able to absorb kinetic energy in longitudinal crashes in order to minimize occupant injury in safe areas. Despite the use of a variety of geometric shapes and materials in the construction of crash boxes, conical structures and aluminum have attracted much attention. In this study, aluminum and aluminum-composite conical structures were investigated. Under quasi-static loading, experimental experiments and numerical simulations showed that, the addition of composite to aluminum structures could triple the specific energy absorption of the structure on average. And the use of 0 and 90 directions of glass-epoxy fibers advances the process of structural destruction step by step and cross-sectional and covers defects in the construction of aluminum structures . The result is that the folds are regular and close together, which has positive effects on specific energy absorption, mean force, and stroke efficiency of the structure.

    Keywords: Energy Absorption, crash box, conical frustum structures, aluminium-composite, FML cone energy absorption
  • Hassan Sayar, Ramin Molahamzezadeh, MohammadHossein Korani, Mohammad Azadi * Page 8

    In this study, numerical simulation of a thick cylinder, under thermo-mechanical cyclic loading has been performed. The applied boundary conditions are similar to the working gun barrel during continuous firing. Four stress conditions in 25-950 °C and 100-350 MPa pressure has been investigated. Conditions include first, without autofrettage and cracking; second, with autofrettage and without cracking; third, without autofrettage and with cracking; and fourth with autofrettage and with cracking has been investigated. Comparison of the results obtained from simulated models of the autofrettaged and non-auto-frettaged barrels has information about the evolution of strains and stresses in the barrel at different points under thermo-mechanical loading cycles in both cases. The materials in the barrel were ST50 steel and SiC/Ti-24Al-11Nb metal matrix composite in three different diameter ratios. The results showed that autofrettage softened the inner surface of the barrel. This phenomenon was seen as a decrease in the hardness of the inner surface of the barrel. The maximum stress of thermomechanical cyclic loading there was until 9 mm of depth. This depth is the active length of crack propagation.

    Keywords: thick-walled cylinder, Autofrettage, Metal matrix composite, numerical simulation, Crack
  • Alireza Albooyeh *, Shahram Amirabdollahian, Nima Fatahi Page 9

    In the present study, the behavior of CNG tanks of the first to fourth types of vehicles was investigated in Abaqus finite element software under the influence of internal pressure and external explosive load. First, in order to ensure the non-rupture of these tanks under internal pressure, the hydrostatic pressure about 200 Bar was applied and the failure index of these tanks was examined using the Tsai-Hill criterion. Then, to evaluate the behavior of tanks under the external explosive loading, the CONWEP algorithm was used. For this purpose, TNT was used at three explosive points and three different explosion discharge values. In explosion simulation, the amount of damage to the metal and composite areas of the tanks was investigated using Johnson-Cook and Hashin criteria, respectively. The results of this study show that the fourth type tank has the highest strength against internal hydrostatic pressure compared to other tanks and can withstand up to 610 bar pressure. In addition, the third type tank has the highest safety against external explosion waves. Comparison of the second to fourth type composite tanks results shows that the presence of steel liner under the composite layer has a significant effect on the strength of the tank against impact or explosion. The first type tank despite the high weight has good resistance to internal pressure as well as explosive wave.

    Keywords: CNG pressure cylinder, Composite cylinder, Explosive, Johnson-Cook failure criterion, Hashin failure criterion
  • Amirreza Ostadi, Seyed Mahdi Ganjiani * Page 10

    Determining a stable characteristics of material behavior under the effects of stress and temperature on the material is significantly important for optimal design as well as optimization of manufacturing process parameters in the metal forming industry. The aim of this study is to present a new method for measuring the fracture strain of shear and tensile parts in different stress triaxialities with the effect of temperature, using a VMM (Video Measuring Machine) measuring device. Aluminum 5083-H321 is used in this study. For this purpose, twenty-four different samples including shear and tensile samples for four types of triaxialities 0.2, 0.33, 0.38 and 0.55 were prepared for testing in the temperature ranges (25, 200 and 400°C). The samples are tested under the monotonic (static) loading conditions. The fracture strains are measured. The stress triaxialities are calculated the finite element simulation. The obtained results are compared with the other experimental results and also with the numerical results of the Rice and Tracy model. A good agreement are found between these results which validates the new proposed technic for measuring the shear fracture stain. Based on the results, the curve of fracture strain versus stress triaxiality has a decreasing trend at 25°C, while this curve is almost constant at 200°C and has increasing trend at 400°C.

    Keywords: Triaxiality, Temperature, Fracture strain, Finite element simulation, VMM method
  • Seyed Sharafoddin Hosseini *, Ali Shahrjerdi Page 11

    One of the current crises is felling the trees to produce wooden accessories that have a detrimental effect on the environment and climate of the earth and efforts to find an alternative product seem necessary and important. The reduction of natural wood resources, along with the increase in the need for wood products, has made it more necessary to try to produce recycled composites that replace wood. Due to the fact that the skin structure of walnuts and pistachios can normally only be crushed and pulverized, so they can be used in the preparation of chipboard. In this experimental research composite samples composed of chipboard family were made using walnut and pistachio hardwood and their physical properties were investigated. The results showed that the composites made are denser than ordinary chipboard and despite their slightly higher thermal conductivity, they have better fire resistance. The firing time for hard skin samples of walnut fruit as well as walnut / pistachio was 69% and 84% longer than ordinary chipboard, respectively. Due to the piece structure, the composites had a smoother cutting surface and showed a Crisp and fragile body behavior against bending. The electrical behavior of the composites was not significantly different from that of ordinary chipboard.

    Keywords: Walnut wood, Pistachio wood, wood composite, recycled wood
  • Farshad Jafari Vidoji, Eslam Ranjbarnodeh *, Seyyed Ehsan Mirsalehi Page 12

    Despite its extensive applications in industries, welding has several problems. An issue in metal welding is the induced distortion and residual stresses, and aluminum is no exception. There are various ways that are used to reduce distortion, one of them is a novel method that came to be known as trailing heat sink‎ . This study addresses the effect of trailing heat sink on the reduction of welding-induced distortion during welding of Aluminum. To this end, wrought aluminum alloy AA3105was welded by TIG welding method. During the operation, a heat sink of argon was mounted for immediate cooling of the welding line. Then, the specimens were simulated in the ANSYS software package by 3D finite element method considering the effect of the applied heat sink in order to reveal the impact of this method on the reduction of welding distortion. The comparison of empirical and simulation results show reasonable agreement. It is, finally, concluded that the use of trailing heat sink is effective in reducing distortion so that it can reduce welding-induced distortion by as high as about 40 percent and also increases the hardness in the heat affected zone by 10% to 12%.

    Keywords: finite element method, Trailing Heat Sink, Distortion, Aluminum 3105, Effective diameter