فهرست مطالب

مکانیک هوافضا - سال بیستم شماره 1 (پیاپی 75، بهار 1403)

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال بیستم شماره 1 (پیاپی 75، بهار 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/01/27
  • تعداد عناوین: 10
|
  • محمد نعمتی، محمد سفید*، آرش کریمی پور صفحات 1-25
    ارزیابی مقدار تولید آنتروپی طی انتقال حرارت جابجایی طبیعی درون محفظه ای دوبعدی حاوی نانوسیال غیرنیوتنی، هدف از انجام این پژوهش با استفاده از روش شبکه بولتزمن است. محفظه در معرض جذب/تولید حرارت یکنواخت و میدان مغناطیسی یکنواخت و غیریکنواخت در زوایای مختلف قرار دارد. ویژگی کار حاضر، بررسی اثر تشعشع حجمی و شکل دیواره سرد محفظه در سه شکل صاف، منحنی و مورب بر مشخصات جریان است. کاربرد در طراحی خنک کننده های الکترونیکی و کلکتورهای خورشیدی ازجمله موارد عملی این تحقیق است. تطابق قابل قبول نتایج حاصل شده با مطالعات مرتبط قبلی، صحت نتایج ارائه شده را تایید کرد. بر اساس نتایج، وجود پارامتر تشعشع منجر به بهبود انتقال حرارت می شود که این اثر به ازای افزایش شاخص توانی سیال مشهودتر است. علاوه بر کاهش عدد ناسلت به ازای افزایش شاخص توانی سیال، اثربخشی وجود میدان مغناطیسی در کاهش مقدار آنتروپی و نرخ انتقال حرارت به ازای کاهش شاخص توانی سیال افزایش می یابد. دستیابی به قدرت جریان و عدد ناسلت بالاتر به ترتیب تا حدود 40٪ و 61٪، به ازای اعمال میدان مغناطیسی عمودی و غیریکنواخت امکان پذیر است. اگرچه به ازای تولید حرارت، پایین ترین مقدار شاخص عملکرد حرارتی و عدد ناسلت وجود خواهد داشت، اما بیشترین اثرگذاری میدان مغناطیسی در حالت تولید حرارت مشاهده می شود. با طراحی دیواره به شکل صاف علاوه بر افزایش شاخص عملکرد حرارتی، کاهش عدد بجان نیز مقدور است.
    کلیدواژگان: جابجایی طبیعی، نانوسیال غیرنیوتنی، تشعشع حجمی، تولید آنتروپی، جذب، تولید حرارت یکنواخت، میدان مغناطیسی غیریکنواخت
  • سمیه جمشیدی، مهدی میرزایی*، مریم ملک زاده، صدرا رفعت نیا صفحات 27-43
    در این مقاله به طراحی و پیاده سازی عملی یک جبران ساز تطبیقی برای شبیه ساز کنترل وضعیت ماهواره در حضور خرابی های عملگر و عدم قطعیت های مدل پرداخته می شود. یک روش تطبیقی مبتنی بر گام به عقب برای جبران خرابی های عملگر که زمان رخ دادن، الگو و مقادیرشان نامعلوم است، پیشنهادشده است. روش کنترل گام به عقب تطبیقی با ترکیب ماتریس اینرسی و ماتریس توزیع به جبران عدم قطعیت های خرابی عملگر می پردازد. آنالیز پایداری کنترل کننده تطبیقی پیشنهادی برای دینامیک شبیه ساز ماهواره با خرابی های عملگر انجام گرفته است. کنترل کننده پیشنهادی بر روی شبیه ساز کنترل وضعیت ماهواره با چرخ عکس العملی افزونه پیاده سازی شده است. نتایج شبیه سازی و مطالعات آزمایشگاهی برای بررسی عملکرد کنترل کننده در حضور سه نوع خرابی قفل شونده، سینوسی، و کامل در سیستم شبیه ساز کنترل وضعیت ماهواره ارائه شده است. نتایج خروجی نشان دهنده تطبیق مناسب نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی در بهبود عملکرد سیستم تحت کنترل کننده پیشنهادی برای جبران سازی خرابی عملگر در حضور عدم قطعیت های مدل در سیستم است.
    کلیدواژگان: کنترل گام به عقب تطبیقی، خرابی عملگر، وضعیت ماهواره، شبیه ساز کنترل، افزونگی عملگر، سخت افزار در حلقه
  • علیرضا انصاری، علیرضا باصحبت نوین زاده*، فرشاد پازوکی صفحات 45-58
    یکی از مباحث ویژه در حوزه آیروالاستیک فلاتر بال (بال لرزه) هواپیما در یک سرعت شاخص به نام سرعت فلاتر می باشد که در صورت عدم کنترل این پدیده، احتمال تخریب سازه (بال هواپیما) وجود خواهد داشت. روش های مختلفی جهت کنترل بال در دو دهه اخیر ارائه شده است. در تحقیق حاضر جهت کنترل فراتر یک بال شبه سه بعدی با رژیم جریان ناپایا ساده سازی شده از مومنتوم جت اجباری دوسویه تعبیه شده روی بال استفاده شده است. سیگنال فعال کننده جت در سرعت فلاتر توسط مدولاتور عرض پالس-فرکانس پالس تامین می گردد. از مزایای این مدولاتور می توان به عملکرد شبه خطی، دقت بالا با حضور نوسانات و انعطاف پذیری اشاره نمود. در این پژوهش مدل بال، مدل آیروالاستیکی مضاعف، بدون عقب گرد و مستطیلی (هانکوک) در نظر گرفته شده و جهت توسعه نیروی لیفت در طول اسپن بال از تئوری استریپ (نواری) استفاده گردیده است. در سرعت فلاتر بال با فعالیت جت نوسان بال به میرایی سوق داده شده و با توجه به گراف های آیروالاستیکی به دست آمده، نتایج رضایت بخشی را به دنبال داشته است.
    کلیدواژگان: آیروالاستیسیته، مدولاتور عرض پالس-فرکانس پالس، هانکوک، تئوری استریپ
  • امیر کریمیان، علی رحمانی هنزکی*، شهرام آزادی صفحات 59-75
    در این پژوهش، کنترل یکپارچه جدیدی برای فرمان و ترمز خودروهای کشنده نیم تریلر به منظور ردیابی در مانورهای ترکیبی طولی و عرضی پیشنهاد شد. بدین منظور ابتدا به مدل سازی یک مدل غیرخطی از کشنده نیم تریلر با 10 درجه آزادی شامل حرکت طولی، عرضی و چرخشی کشنده، زاویه مفصل و سرعت چرخ ها پرداخته شد. سپس کنترل کننده فرمان و ترمز فعال با هدف ردیابی و با استفاده از روش مد لغزشی طراحی شد. به منظور پایداری چرخشی خودرو، یک کنترل کننده پایداری جانبی با استفاده از روش کنترل لغزشی پیشنهاد شد. سپس با به کارگیری یک بهینه سازی چندهدفه، استراتژی کنترل یکپارچه جدید به منظور تخصیص بهینه نیروهای طولی و عرضی تایرها، ارائه شد. این استراتژی بر مبنای دست یابی به اهداف ردیابی و پایداری با استفاده از ظرفیت نیروهای تایر در محدوده لغزش مطلوب با استفاده از ضرایب وزنی متغیر طرح ریزی شد. به منظور پیاده سازی کنترل کننده یکپارچه از مدل خودروی کشنده نیم تریلر ارائه شده در نرم افزار تراک سیم استفاده شد. نتایج به دست آمده حاکی از عملکرد خوب استراتژی کنترل کننده یکپارچه طراحی شده در ردیابی با حفظ پایداری جانبی هنگام انجام مانور تعویض خط همراه با ترمزگیری است. با به کارگیری کنترل کننده پیشنهادی، بیشینه خطای ردیابی موقعیت طولی و عرضی، زاویه چرخش کشنده و زاویه مفصل به ترتیب برابر با 83/1، 56/0، 42/4 و 53/9 درصد شد. این در حالی است که خودروی بدون کنترل کننده، به دلیل ناپایداری جانبی، مسیر مرجع را ردیابی نکرد.
    کلیدواژگان: خودروی کشنده نیم تریلر، کنترل یکپارچه دینامیک خودرو، کنترل فرمان فعال، کنترل ترمز فعال
  • کامران رحمانی، مجید علی طاولی* صفحات 77-88
    شات پینینگ یک فرایند کار سرد است که برای افزایش عمر خستگی قطعات فلزی از طریق ایجاد تنش پسماند فشاری در سطح آنها بکار می رود. بررسی تجربی پارامترهای این فرایند بسیار مشکل و پرهزینه است؛ لذا معمولا از روش المان محدود برای شبیه سازی و بررسی پارامترهای این فرایند استفاده می شود. بااین حال، اکثر مدل های اجزای محدود موجود قادر به توصیف حرکت تصادفی و واقعی جریان شات ها نیستند و از نظر مدل سازی تعداد شات ها نیز محدودیت دارند؛ بنابراین در این تحقیق در مرحله اول یک مدل المان محدود از فرایند شات پینینگ ارائه می گردد که قادر به شبیه-سازی حالت تصادفی و پر تعداد این فرایند است و در مرحله بعد توسط آن تاثیر پارامترهای مختلف این فرایند مانند اندازه، سرعت و زاویه پرتاب شات ها بر تنش پسماند بررسی می گردد. مطابق با نتایج به دست آمده، مقادیر بهینه برای اندازه قطر شات ها برابر 5/1 میلیمتر، برای سرعت پرتاب شات ها برابر با 100 متر بر ثانیه و برای زاویه پرتاب شات ها برابر با 90 درجه حاصل گردید. همچنین افزایش قطر شات ها بیشترین و افزایش زاویه پرتاب شات ها کمترین تاثیر را در افزایش مقدار و عمق تنش پسماند داشتند. در ضمن پارامتر مهم "شدت شات پینینگ" که معمولا از طریق تجربی و توسط گیج آلمن اندازه گیری می شود، توسط این مدل و به صورت عددی اندازه گیری گردید. نتایج به دست آمده تطابق خوبی با نتایج تجربی حاصل از کار دیگر محققین داشت و لذا می توان از اعتبار مدل ارائه شده اطمینان حاصل نمود.
    کلیدواژگان: شات پینینگ، المان محدود تصادفی، تنش پسماند، منحنی اشباع، شدت شات پینینگ
  • محمد خوش سیرت سلیمی، محمد صالح پور* صفحات 89-105
    در مقاله حاضر تاثیر ورودی های مختلف جاده ای به شکل پروفایل تصادفی ترکیبی بر نتایج طراحی بهینه سیستم تعلیق فعال و غیرخطی یک چهارم خودرو با دو درجه آزادی بررسی شده است. فرایندهای بهینه یابی در فضای دو تابع هدف با بهره گیری از ترکیب الگوریتم تکامل تفاضلی با ضریب جهش فازی شده، الگوریتم جست وجوی نامغلوب و معیار فاصله ازدحامی (MODE-FM) انجام شده و نتایج به کمک جبهه پارتو نمایش داده شده اند. در این پژوهش از تلفیق راهکارهای کنترل مدلغزشی، اسکای هوک و کنترل تاخیری اینرسی دار برای مدل سازی سیستم تعلیق فعال دارای مولفه های غیرخطی و تحت تاثیر اغتشاشات جاده ای استفاده شده است. ضمنا، شتاب عمودی جرم معلق و جابه جایی نسبی جرم معلق و غیرمعلق به عنوان توابع هدف در نظر گرفته شده اند. مقایسه نتایج با تحقیقات انجام شده پیشین نشان دهنده برتری کار حاضر است، درواقع در تست های عملکردی در 75% موارد برتری از آن طراحی پیشنهادی این تحقیق است که نشان دهنده عملکرد مناسب طراحی مذکور است.
    کلیدواژگان: بهینه یابی دوهدفی، پارتو، سیستم تعلیق غیرخطی و فعال، ورودی تصادفی جاده، الگوریتم MODE-FM
  • محمدامین قماشی*، رضا کاظمی صفحات 109-124

    در طول فرآیند ردیابی مسیر حرکت خودرو، ملاحظات عدم قطعیت در مدل سازی خودرو شامل تغییرات پارامتر، خطای مدل سازی، اغتشاش خارجی که بر روی عملکرد ردیابی مسیر حرکت تاثیر بسزایی دارد، موجود می باشد؛ بنابراین، در این پژوهش، یک استراتژی کنترل ردیابی مسیر حرکت خودرو الکتریکی موتور در چرخ که دارای قابلیت بالایی می باشد، پیشنهاد می گردد. در ابتدا، نسبت به استفاده از یک مدل دینامیکی با دو درجه آزادی جهت ایجاد مدل خطا ردیابی مسیر حرکت و سپس تبدیل به مسئله ردیابی زاویه چرخشی خودرو حول محور یاو اقدام می گردد؛ بنابراین، میزان زاویه فرمان به عنوان ورودی کنترلر، با کنترل ردیابی زاویه چرخشی خودرو حول محور یاو حاصل می گردد. جهت تخمین و جبران عدم قطعیت های مرتبط با سیستم، در این پژوهش نسبت به طراحی مشاهده گر حالت غیرخطی اقدام می گردد. همچنین الگوریتم کنترلر جهت تشخیص ردیابی زاویه چرخشی خودرو حول محور یاو مورد طراحی واقع می گردد. در مرحله بعد، جهت پایدارسازی خودرو، نسبت به طراحی یک الگوریتم کنترل مود لغزان جهت دستیابی به گشتاور زاویه چرخشی مطلوب خودرو حول محور یاو اقدام می گردد. سپس با طراحی توزیع کننده گشتاور بهینه، نیروی بهینه تایرها تخصیص داده می شود. درنهایت، با استفاده از نرم افزارهای سیمولینک متلب/کارسیم نسبت به شبیه سازی اقدام می گردد. نتایج حاصل از شبیه سازی های انجام شده، کارایی و قابلیت های بالا الگوریتم کنترل پیشنهادی را در شرایط اضطراری و باوجود اغتشاش های خارجی به نمایش می گذارد.

    کلیدواژگان: شرایط اضطراری، موتور در چرخ، مود لغزان، سطح لغزش، مشاهده گر
  • سعید شعبانی نودهی، سید روح الله کاظمی*، مجتبی ضیاءشمامی صفحات 125-141
    مقاومت در برابر نفوذ پرتابه با سرعت بالا یک نیاز کلیدی برای سازه ها با کارایی پیشرفته است. در این پژوهش به بررسی رفتار تجربی کامپوزیت ساخته شده از پارچه اینگرا تحت ضربه با سرعت بالا خواهیم پرداخت. نمونه ها به روش اینفیوژن خلا با استفاده از پارچه اینگرا که یک پارچه بافته شده از جنس الیاف پلی پروپیلن با مدول بالا می باشد به عنوان تقویت کننده و اپوکسی به عنوان ماتریس ساخته شده و تحت آزمایش ضربه با سرعت بالا توسط تفنگ گازی قرار می گیرند. در مقاله حاضر عملکرد بالستیکی کامپوزیت های دو و چهارلایه تحت پرتابه با قطرهای مختلف 5 و 10 میلی متر بررسی شده و تاثیر قطر پرتابه و سابوت موردمطالعه قرار می گیرد. آزمایش ها برای کامپوزیت دو و چهار لایه در محدوده سرعت30 تا 160 متر بر ثانیه انجام شده است. همچنین سرعت پسماند پرتابه، سرعت حد بالستیک، مقدار جذب انرژی جهت سوراخ شدن کامپوزیت و میزان آسیب بررسی شده است. نتایج به دست آمده عملکرد بالستیکی مناسب کامپوزیت اینگرا-اپوکسی در مقایسه با کامپوزیتی نظیر کولار- اپوکسی را نشان می دهد. حد بالستیک با استفاده از آزمایش تجربی کامپوزیت دو لایه با پرتابه مخروطی نوک تیز به قطر 10 میلی متر 54 متر بر ثانیه و برای کامپوزیت چهار لایه با 52% افزایش برابر 82 متر بر ثانیه می باشد و میزان جذب انرژی برای کامپوزیت دولایه 33/27 ژول و کامپوزیت اینگرا اپوکسی چهار لایه با 78% افزایش 70/48 ژول می باشد.
    کلیدواژگان: نفوذ پرتابه با سرعت بالا، حد بالستیک، کامپوزیت بافته شده اینگرا-اپوکسی، اینفیوژن خلا، جذب انرژی
  • سجاد روشن روان، سعید شمقدری* صفحات 143-162
    در این مقاله، به ارائه روشی جهت طراحی سیستم کنترل وضعیت ردیاب بهینه برای پرنده کوادروتور که در معرض عیوب اجزا و عملگر قرار دارد پرداخته شده است. روش کنترل تحمل پذیر عیب یکپارچه پیشنهادی مبتنی بر یادگیری تقویتی ایمن ارائه شده است و قادر است بدون نیاز به شناخت قبلی از دینامیک پرنده، قیود ورودی و حالات را تضمین نماید. به این منظور، روش بهینه پیشنهادی با ساختار شبکه عصبی دوگانه شامل شبکه های عصبی شناساگر-نقاد ارائه شده است. در قانون به روزرسانی وزن های شبکه شناساگر علاوه بر متغیر در نظر گرفتن ضریب فراموشی از روش پاسخ تجربه استفاده شده که باعث افزایش سرعت همگرایی و مقاومت نسبت به نویز اندازه گیری و کاهش خطای تخمین می شوند. در این روش، حل مسئله کنترل ردیاب وضعیت بهینه تحمل پذیر عیب در حالت مقید با حل مسئله پایدارسازی بهینه نامقید برای یک سیستم افزوده معادل می شود که در آن قیود ورودی کنترلی و حالات به ترتیب با انتخاب تابع هزینه مناسب بر سیگنال ورودی و توابع کنترل مانع مناسب بر حالات، تضمین داده می شوند. همچنین آشکارسازی وقوع عیب بدون نیاز به هیچ گونه بانکی از مدل یا فیلتر و صرفا با مقایسه مقدار باقی مانده معادله همیلتون-ژاکوبی-بلمن با یک آستانه از پیش تعیین شده انجام می پذیرد. پایداری فراگیر یکنواخت وزن های هر دو شبکه و درنتیجه همگرایی قانون کنترل به پاسخ بهینه با استفاده از قضیه لیاپانوف اثبات و با استفاده از نتایج شبیه سازی صحت عملکرد آن نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: کنترل وضعیت کوادروتور، عیوب اجزا و عملگر، کنترل بهینه تحمل پذیر عیب، آشکارسازی وقوع عیب، یادگیری تقویتی ایمن
  • سید محمد عطیفه، علی باستی* صفحات 163-179
    در حال حاضر روش مقیاس سازی شناخته شده جهت تحلیل رفتار مکانیکی سلول که فراهم کننده آزمایش های مقیاس شده و قابل اجرا در کاربردهای عملی سامانه های رسانش دارویی توسط نانوذرات باشد وجود ندارد. در این مقاله برای اولین بار بر اساس نظریه جدید تشابه محدود، طراحی چارچوب مقیاس شده جهت تحلیل رفتار فروروی غشای گلبول قرمز در مواجهه بار ضربه ای از طریق تعیین آزمایش های تجربی و نسبت دادن نمونه ها در مقیاس ابعادی متفاوت و با معادلات ساختاری هایپرالاستیک متفاوت مانند لاستیک ها ارائه و بسط داده شده است. نرم افزار المان محدود آباکوس جهت سنجش کارایی نظریه تشابه محدود به کار گرفته شده است. تطابق نتایج شبیه سازی بارگذاری ضربه ای نشان می دهد که رفتار غشای گلبول قرمز با نسبت دادن رابطه ساختاری یئو، با دقت خوب قابل پیش بینی است. از بین 8 ماده آزمایشی انتخابی، می توان بهترین نمونه آزمایشی برای مقیاس کردن گلبول با خطای زیر 5 درصد را نمونه 7 با رابطه ساختاری مونی ریولین برگزید. همچنین با فرض پذیرش خطای کمتر از 10 درصد در نتایج، نمونه 2 با رابطه ساختاری یئو نیز انتخاب مناسب برای مقیاس کردن گلبول می باشد. با دقت در نتایج و میزان خطا، نامناسب ترین نمونه برای مقیاس کردن گلبول، نمونه 8 با رابطه ساختاری اگدن می باشد.
    کلیدواژگان: تشابه محدود، مقیاس کردن، سلول گلبول قرمز، معادلات ساختاری هایپرالاستیک، لاستیک ها
|
  • Mohammad Nemati, Mohammad Sefid *, Arash Karimipour Pages 1-25
    The target of this research is to investigate the amount of entropy production during natural convection inside a 2D chamber containing a non-Newtonian nanofluid using the lattice Boltzmann method. The chamber is exposed to uniform heat absorption/production and uniform and non-uniform magnetic field at different angles. The feature of the present work is to evaluate the effect of thermal radiation and the shape of the cavity cold wall in three shapes: smooth, curved and diagonal on the flow characteristics. Application in the design of electronic coolers and solar collectors is one of the practical cases of this numerical research. Acceptable agreement of the obtained results with previous related studies confirmed the validity of the presented results. Based on the results, the presence of radiation parameter leads to the improvement of heat transfer, which is more evident due to the increase of fluid power-law index. In addition to reducing the Nusselt value for enhancing the fluid power-law index, the effectiveness of the presence of the magnetic field in reducing the entropy and heat transfer rate enhances as the fluid power-law index decreases. It is feasible to attain the flow strength and the Nusselt value up to 40% and 61% more, respectively, by applying a vertical and non-uniform magnetic field. Although for heat production mode, there will be the lowest value of thermal performance index and the Nusselt value, the greatest influence of the magnetic field is observed in the heat production mode. By designing the wall in a smooth shape, in addition to increase the thermal performance coefficient, it is possible to decline the Bejan value.
    Keywords: Natural Convection, Non-Newtonian nanofluid, Volumetric radiation, Entropy Production, Uniform heat absorption, production, Non-uniform magnetic field
  • Somayeh Jamshidi, Mehdi Mirzaei *, Maryam Malekzadeh, Sadra Rafatnia Pages 27-43
    This study deals with the design and experimental implementation of an adaptive actuator failure compensator for a spacecraft attitude control simulator in the presence of unknown actuator failures and uncertainties. The adaptive actuator failure compensation controller is designed using the backstepping method, which considers uncertainties in the time of occurrence, values, and failure patterns. The adaptive backstepping control method is designed to compensate for the uncertainties of the actuator failure by incorporating the inertia matrix and the distribution matrix. The stability analysis of the proposed adaptive controller for the dynamics of the spacecraft simulator with actuator failures has been carried out. Simulation results and laboratory studies are presented to show the effectiveness of the proposed controller in the presence of stuck, sinusoidal, and complete failures in the spacecraft attitude control simulator system. The results indicate the good performance of the proposed method in the presence of unknown actuator failures and model uncertainties in the system.
    Keywords: Adaptive backstepping control, Actuator failure, Spacecraft attitude, Control simulator, Actuator redundancy, Hardware in loop
  • Alireza Ansari, Alireza Basohbat Novinzadeh *, Farshad Pazooki Pages 45-58
    One of the special topics in the aeroelastic field is the flutter of the airplane wing at an index speed called the flutter speed, which, if this phenomenon is not controlled, there will be a possibility of destroying the structure (airplane wing). Various methods for wing control have been proposed in the last two decades. In the current research, two-way forced jet momentum embedded on the wing is used to control a pseudo three-dimensional wing with a simplified unsteady flow regime. The jet activation signal at the flutter speed is provided by the pulse width-pulse frequency modulator. The advantages of this modulator include its quasi-linear performance, high precision with the presence of fluctuations and flexibility. In this research, the double aeroelastic, non-reversible and rectangular (Hancock) wing model is considered, and the strip theory is used to develop the lift force during spinball. In the speed of the flutter ball, the swing of the wing is driven to damping by the jet activity, and according to the obtained aeroelastic graphs, satisfactory results have followed.
    Keywords: Aeroelasticity, PWPF modulator, Hancock, Strip theory
  • Amir Karimyan, Ali Rahmani Hanzaki *, Shahram Azadi Pages 59-75
    In this study, a new integrated control for the steering and braking of semi-trailer trucks for tracking in longitudinal and lateral combined maneuvers is proposed. For this purpose, a nonlinear model of a tractor semi-trailer with 10 degrees of freedom including the longitudinal, lateral and yaw motion of the tractor unit, the articulation angle and the rotational motion of each wheel is used. Then the active steering and braking controller is designed with the purpose of tracking and utilizing the sliding mode method. Also, for the yaw stability of the vehicle, a lateral stability controller is proposed using the sliding control method. Then, by utilizing multi-objective optimization, a new integrated control strategy is presented in order to optimally allocate the longitudinal and lateral forces of the tires. This strategy is designed based on achieving the purposes of tracking and stability by using the capacity of tire forces in the optimum slip range by using variable weight coefficients. In order to implement the integrated controller, the tractor semi-trailer model presented in the TruckSim software is used. The obtained results indicate the excellent performance of the integrated controller strategy designed for tracking by maintaining lateral stability when performing the lane change maneuver with braking. So, by using the proposed controller, the maximum tracking error of the longitudinal and lateral position, the yaw angle of the tractor and the articulation angle are equal to 1.83, 0.56, 4.42 and 9.53%, respectively. This is while in the case of a vehicle without a controller, due to lateral instability, the reference path is not tracked.
    Keywords: Tractor Semi-Trailer, Integrated vehicle dynamics control, Active steering control, Active braking control
  • Kamran Rahmani, Majid Alitavoli * Pages 77-88
    Shot peening is a cold working process that is used to increase the fatigue life of metal parts by creating compressive residual stress on their surface. The experimental investigation of the parameters of this process is very difficult and expensive, therefore, the finite element method is usually used to simulate and investigate the parameters of this process. However, most of the existing finite element models are not able to describe the real and random movement of the flow of particles and are also limited in terms of modeling the number of particles. Therefore, in this research, in the first stage, a finite element model of the shot pinning process is presented, which is capable of simulating the random and numerous states of this process, and in the next stage, the effect of different parameters of this process such as the size, velocity and angle of throwing the balls on the residual stress is investigated. the result of these investigations led to finding the optimal values of these parameters, so that the optimal value for the diameter of the shots was 1.5 mm, for the velocity of the shots was equal to 100 m/s and for the throwing angle of the shots was equal to 90 degrees. Also, the increase in the diameter of the shots had the greatest effect and the increase in the launch angle of the shots had the least effect in increasing the amount and depth of the residual stress. Also, we were able to numerically measure the important parameter " Shot peening intensity" which is usually measured experimentally by Almen gauge using this model. The obtained results were in good agreement with the experimental results obtained from the work of other researchers and therefore the validity of the presented model can be assured.
    Keywords: Shot peening, Residual stress, Random finite element, Shot peening intensity, Saturation curve
  • Mohammad Khoshsirat Salimi, Mohammad Salehpour * Pages 89-105
    In this paper, effect of the different random road inputs in the form of combinatorial profile on the nonlinear and active quarter car model with two-degree of freedom has been analyzed. Bi-objective optimization processes using differential evolution algorithm with fuzzified mutation along with non-dominated sorting algorithm and crowding distance criterion have been carried out. Further, in current work, the hybrid usage of sliding mode control with skyhook and inertial delay control has been applied for modeling of the active suspension system with nonlinear parameters under the combination of three different random roads excitation, namely, class A, B and C. It is important to notice that the two objective functions which have been selected to be simultaneously optimized are, namely, vertical sprung mass acceleration and relative displacement between sprung mass and unsprung mass. The obtained results have been depicted in Pareto frontiers. Comparison of the results of this work with the ones in the literature has proved the superiority of methodology of this work. In fact, in 75% of outputs of application tests, the proposed design of this work has conquered the ones of previous works, and it shows the proper behavior of the suggested design of this work.
    Keywords: Active, nonlinear vehicle suspension system, Bi-objective optimization, MODE-FM algorithm, Pareto, Random road input
  • MohammadAmin Ghomashi *, Reza Kazemi Pages 109-124

    During the vehicle motion trajectory tracking process, there are uncertainty considerations in vehicle modeling, including parameter changes, modeling error, and external disturbance that have a significant effect on the tracking performance. Therefore, in this research, a control strategy for motion trajectory tracking of the in-wheel motor electric vehicle, which has a high capability, is proposed. At first, a dynamic model with two degrees of freedom is used to create a trajectory tracking error model, and then it becomes the problem of tracking yaw. Therefore, the amount of the steering angle as the input of the controller is obtained by controlling yaw tracking. In order to estimate and compensate the uncertainties related to the system, in this research, the design the nonlinear mode observer is applied. And also, the controller algorithm is designed to detect yaw tracking. In the next step, in order to stabilize the in-wheel electric vehicle, a sliding mode control algorithm is designed to achieve the desired yaw torque. Then, by designing the optimal torque distributor, the optimal force of the tires is allocated. Finally, simulation is done using Simulink Matlab/Carsim software. The results of the performed simulations show the performance and high capabilities of the proposed control algorithm in emergency situations and despite external disturbances.

    Keywords: Emergency Condition, In-wheel Motor, Sliding Mode, Sliding Surface, Observer
  • Saeed Shabani Nodehi, Sayyed Roohollah Kazemi *, Mojtaba Ziya-Shamami Pages 125-141
    High velocity impact resistance is a key requirement for advanced performance structures. This study focuses on experimental investigation of composite behavior made of Innegra fabric under high velocity impact. The targets are made by vacuum infusion method using Innegra fabric, which is a woven fabric composed of high modulus polypropylene fibers as reinforcement and epoxy as matrix.  These samples are subjected to high velocity impact test performed by gas gun. In the present article, the ballistic performance of two- and four-layer composites impacted by conical projectiles with different diameters of 5 and 10 mm are investigated and the effect of the projectile diameter and sabot is studied. The experimental tests have been performed in the velocity range from 30 m/s to 160 m/s for two- and four-layers composites. Ballistic limit, energy absorption and damage pattern have been investigated. The results show the appropriate ballistic performance of Innegra/epoxy composite compared to other composites such as Kevlar/epoxy. The ballistic limit velocity base on experimental tests for two-layer Innegra/epoxy composite with a conical projectile is 54 m/s and for four-layer composite with 52% increase, is 82 m/s and the energy absorption for two-layer composite is 27.33 J and for four-layer composite with 78% increase is 48.70J.
    Keywords: Projectile penetration, ballistic limit, Innegra, Epoxy Woven Composite, Vacuum Infusion, Energy Absorption
  • Sajad Roshanravan, Saeed Shamaghdari * Pages 143-162
    In this article, a method for designing a fault-tolerant optimal attitude tracking control (FTOATC) for a quadrotor UAV subject to component and actuator faults is presented. The proposed fault-tolerant method is based on safe reinforcement learning (SRL) and is capable of ensuring input and state constraints without the need for prior knowledge of the quadrotor dynamics. To this end, the proposed optimal method is presented with a dual neural network (NN) structure consisting of identifier-critic neural networks. In the identifier NN update law, in addition to considering the variable forgetting factor dependent on measurement noise, the experience response method is used, which increases convergence speed and robustness to measurement noise and reduces estimation error. In this method, solving the constrained FTOATC problem is equivalent to solving an unconstrained optimal stabilization problem for an augmented system, where control input constraints and states are guaranteed by selecting suitable cost functions on the input signal and appropriate control barrier functions (CBF)on the states, respectively. Furthermore, fault detection is performed without the need for any model or filter bank, simply by comparing the residual value of the Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) equation with a predetermined threshold. The Uniformly Ultimately Boundedness (UUB) of identifier and critic NN weight errors and, as a result, the convergence of the control input to the neighborhood of the optimal solution are all proved by Lyapunov theory and the performance of the method is validated through simulation results.
    Keywords: Quadrotor attitude control, Component, actuator faults, Fault-tolerant optimal control, Fault detection, Safe reinforcement learning
  • Seid Mohammad Atifeh, Ali Basti * Pages 163-179
    Presently there is not any known scaling method using scaled models to investigate mechanical behavior of cell which prepares executable scaled experiments for design of drug delivery systems by nanoparticles as a practical application. in this paper, for first time, based on the new finite-similitude scaling theory, scaled framework is developed for perforation behavior analysis of Red Blood Cell (RBCs) membrane subjected to impact loading by conducting experimental tests on large-scale models even made out of different materials such as rubbers with different hyperplastic constitutive laws.   Abaqus finite element software is employed to test the effectiveness of the finite-similitude theory. Validating numerical experiments under impact loading by experimental results, shows that behavior of red blood cell with Yeoh law can be predicted with good accuracy.  Among 8 selected trial material, number 7 with Mooney-Rivlin law is the best selection to scale RBC with error less than 5%. Also, if 10% error in result will be accepted, then number 2 with Yeoh law is the good choice for RBC scaling. Based on results, number 8 with Ogden law is the worst for RBC scaling.
    Keywords: Finite Similitude, Scaling, Red Blood Cell (RBC), Hyper-Elastic Constitutive Equations, Rubbers