فهرست مطالب

مهندسی مکانیک ایران - سال بیست و یکم شماره 1 (پیاپی 54، بهار 1398)

نشریه مهندسی مکانیک ایران
سال بیست و یکم شماره 1 (پیاپی 54، بهار 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/03/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • موسی رضایی*، وحید عرب ملکی صفحات 6-29
    با ارائه فرم کلی مدل ویسکوالاستیک، مشخصه های ارتعاشی لوله های ویسکوالاستیک حامل سیال مطالعه شده است. معادله حرکت با لحاظ کردن انواع مدل های ساختاری ویسکوالاستیک استخراج و شکل مودهای سیستم با ارائه حل دقیق بدست آمده است. نتایج نشان می دهد که با اعمال مدل ویسکوالاستیک، فرکانس های طبیعی کاهش یافته و سرعت ناپایداری دیورژانس در مودهای بالاتر به شدت افزایش می یابد. به عنوان یک نتیجه جدید مشاهده می شود در لوله های ویسکوالاستیک به ازای مقادیر مشخصی از پارامترها، ناپایداری فلاتر می تواند سریع تر از ناپایداری دیورژانس اتفاق افتد. بعلاوه، به علت عدم تاثیر یکسان رفتار ویسکوالاستیک بر مودهای ارتعاشی، رفتار مودهای ترکیبی ظاهر نمی شود.
    کلیدواژگان: لوله حامل سیال، ویسکوالاستیک، تحلیل دینامیکی، مقادیر ویژه مختلط، ناپایداری
  • محمد ریاحی، سید مصطفی مطلوبی*، نغمه جعفریان صفحات 30-53
    یاتاقان های ژورنال در صنایع بزرگ، نظیر صنایع نیروگاهی کاربرد فراوانی دارند. لذا، تحقیقات مختلفی در زمینه نگاهداشت آن ها انجام شده است. یکی از روش های موثر در نگاهداشت یاتاقان ها روش RCA می باشد. در این مقاله، ابتدا ضمن بررسی خرابی های یاتاقان ژورنال با کمک FMEA و FTA به الویت بندی آن ها پرداخته شده است. برای این منظور از نظر کارشناسان خبره و روش جمع آوری داده های میدانی در نیروگاه های گازی استفاده شد. در نهایت با توجه به اهمیت سایش، این مسئله با کمک نرم افزار COMSOL و معادلات ناویر استوکس شبیه سازی شده و پیشنهاداتی جهت بهبود عملکرد ارائه گردیده است.
    کلیدواژگان: یاتاقان های ژورنال، روش FMEA، روش FTA، سایش، عدد الویت ریسک
  • علیرضا خدایاری*، عادل مقصودپور، علی غفاری، صادق عارف نژاد صفحات 54-71
    در این پژوهش یک سیستم کنترلی فعال از نوع مشورتی طراحی و پیاده سازی شده است که هدف از آن جلوگیری از تصادف به شکل مشورت و یا برای هشدار به راننده در حین رانندگی است. اساس کار، تخمین میزان تاخیر لحظه ای راننده و خودرو برای تعیین میزان هوشیاری راننده است. این ویژگی با استفاده از سنسورهای طراحی شده، تعیین می شود. برای بررسی عملکرد، این سامانه بر روی یک خودرو پژو 206 پیاده سازی و با انجام آزمایش های جاده ای مختلف اعتبارسنجی شده است. نتایج حاصل از آزمایش های عملی عملکرد مناسب سیستم را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: طراحی و ساخت، سیستم راننده-خودرو، سیستم اخطار به راننده، پیشگیری از تصادف، تاخیر لحظه-ای
  • شهروز یوسف زاده، علی اصغر جعفری*، علیرضا محمدزاده صفحات 72-96
    در این پژوهش به بررسی ارتعاشات آزاد ورق دایروی از جنس مواد تابعی در تماس با سیال محدود پرداخته شده است. برای تقریب جابجایی های ورق از توابع پذیرفتنی هارمونیک چبیشف همراه با توابع مرزی استفاده شده است. با استفاده از روش ریتز، فرکانس های طبیعی استخراج شده اند. در ادامه، تاثیر پارامترهای مختلف هندسی روی فرکانس های طبیعی مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور حصول اطمینان از نتایج به دست آمده از حل تحلیلی، فرکانس های طبیعی حاصل از ورق دایروی در تماس با سیال در حالت خاص ورق همگن آلومینیومی با نتایج حاصل از آزمایش تجربی مورد مقایسه قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: ورق دایروی، فرکانس طبیعی، ماده مدرج تابعی، تئوری مرتبه اول تغییر شکل برشی
  • روح الله نوروزی، حامد شهبازی* صفحات 97-115
    پایداری کوادروتور به دلیل دینامیک شدیدا غیر خطی از مهمترین مسایل پیش روی محققان در طراحی این ربات بوده است. در این مقاله ابتدا به طراحی یک کنترلرکلاسیک تناسبی- مشتق گیر به روش تنظیم با الگوریتم تکاملی ازدحام ذرات برای کنترل وضعیت پرنده پرداخته شده است. سپس به طراحی یک مشاهده گر غیر خطی برای تخمین حالتهای سرعت زاویه ای کوادروتور پرداخته شده است. در ادامه یک مشاهده گر شبکه عصبی با استفاده از داده های اموزشی استخراج شده از مشاهده گر غیرخطی اموزش داده شده است. با شبیه سازی کنترلر و مشاهده گر طراحی شده در محیط متلب، کارایی انها مشخص شده است.
    کلیدواژگان: چهارپره، کنترلر کلاسیک PD، مشاهده گر شبکه عصبی، سیستم شبیه ساز چهارپره
  • محمد شجاعی فرد، مصطفی باغانی* صفحات 116-131
    هیدروژل ها در اثر تحریک محیطی آب جذب کرده و متورم می شوند. هیدروژل های-گرادیانی حساس به pH بعلت کاربردهای متنوع از اهمیت برخوردارند. رفتار مکانیکی این مواد حین تغییر pH، با تعریف تابع انرژی متشکل از چهاربخش انرژی کشیدگی شبکه و انرژی های ترکیب وانرژی تفکیک شبیه سازی می گردد. با فرض تغییر مشخصات هیدروژل درراستای ضخامت حل نیمه تحلیلی برای خمش این مواد درشرایط کرنش-صفحه ای ارائه گردیده است. در این میان برای ارزیابی صحت روش ارائه شده، نتایج خروجی با روش اجزا محدود مقایسه شده است. وجود پیوستگی در تنش های شعاعی و مماسی که پیش تر در اختارهای چندلایه دیده نمی شد، از دیگر مزایای تیرگرادیانی می باشد.
    کلیدواژگان: مواد گرادیانی، هیدروژل حساس به pH، خمش تیر، حل نیمه تحلیلی، مدل سازی اجزا محدود
  • شهروز یوسف زاده*، محمد نجفی، حسین عسگری صفحات 132-150
    در این تحقیق به مطالعه اثر فشار هیدرواستاتیک روی ارتعاشات آزاد ورق دایروی روی بستر الاستیک در تماس با سیال پرداخته شده است. ابتدا انرژی پتانسیل ورق روی بستر الاستیک و معادلات نوسان سیال محاسبه شده تا انرژی کل محاسبه شود. با اعمال روش ریلی-ریتز بر انرژی کل، فرکانس های طبیعی ورق دایروی در تماس با سیال استخراج شده اند. در ادامه، تاثیر پارامترهای مختلف هندسی روی فرکانس های طبیعی ورق مورد بررسی قرار گرفته است. درنهایت، فرکانس های طبیعی حاصل از ورق دایروی در تماس با سیال در حالت ورق همگن آلومینیومی با نتایج حاصل از آزمایشات تجربی مورد مقایسه قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: ورق دایروی، فرکانس طبیعی، بستر الاستیک، سیال غیرویسکوز، آزمایش مودال
  • حسن زرآبادی پور*، حمید نریمان فر صفحات 151-175
    مدل سیستم تهویه باید طوری تحلیل شود که تاثیر پارامترهای کنترلی،راحتی انسان در کابین را فراهم کند. در حالی که معمولا از مدل ساده شده معادلات حالت استفاده می شود در این مقاله ضمن بهره گیری از فرم پارامتری معادلات دینامیکی در شبیه سازی ها، براساس تئوری کنترل پیشرفته و روش پیش بین اقدام به انتخاب بهترین ورودی ها برای سیستم در نقاط کاری با استفاده از الگوریتم ژنتیک شده وکنترل کننده ای طراحی خواهد شد که ضمن داشتن کمترین خطای حالت ماندگار در کنترل دمای کابین،پاسخ سریع سیستم وکاهش تاثیر اغتشاش،باعث به حداقل رساندن مصرف انرژی نیز می گردد.
    کلیدواژگان: تهویه خودرو، کمپرسور، فن، اواپراتور، مدل کنترل پیش بین
  • سیده مرضیه سید آقامیری*، حسن ظهور صفحات 176-187
    با توجه به اهمیت درمان های توانبخشی وجود ربات پوشیدنی احساس می شود . در این مقاله به طراحی یک ربات کمک حرکتی پرداخته شده است که متشکل از یک مکانیزم شش میله ای می باشد. این مکانیزم دارای یک درجه آزادی می باشد و برای انجام حرکت رادیال/ اولنار مچ دست مورد استفاده قرار می گیرد و به صورت موازی با بدن شخص حرکت می کند. طراحی ربات به گونه ای است که ابعاد ربات متناسب با دست بیمار خواهد بود و همچنین حرکت طبیعی دست را فراهم می کند.
    کلیدواژگان: ربات پوشیدنی، حرکت رادیال، اولنار، مکانیزم شش میله، توانبخشی
  • پویا محسن زاده مبارکه، حسین گلستانیان*، یعقوب طادی بنی صفحات 188-217
    نانولوله های کربنی دارای ساختارهای مختلف با محدوده قطری و طولی گسترده ای تحلیل گردید. تاثیر پارامترهای هندسی نانولوله های کربنی شامل قطر، طول و کایرالیتی بر مدول های یانگ و برشی نانولوله ها، به طور مستقل بررسی گردید. همچنین میزان کاهش مدول نانولوله کربنی در اثر وجود عیب جای خالی و افزایش تعداد و مکان عیب تعیین شده است. نتایج نشان می دهد که قطر نانولوله، تاثیر بیشتری نسبت به طول نانولوله بر خواص الاستیک دارد. با مقایسه ی نتایج به دست آمده برای نانولوله های آرمچیر، زیگزاگ و کایرال، عیب جای خالی بیشترین تاثیر را بر مدول یانگ نانولوله کایرال داشت.
    کلیدواژگان: نانولوله های کربنی، روش اجزاء محدود، مدول یانگ، مدول برشی، عیب جای خالی
|
  • Mousa Rezaee *, Vahid Arab Maleki Pages 6-29
    In this paper, applying the general form of the viscoelastic model, vibration characteristics of viscoelastic fluid conveying pipes are investigated. By considering various viscoelastic constitutive equations, the equation governing the motion of the fluid conveying pipes is obtained, and by introducing a new analytical method, the exact mode shapes of the system are derived. Then, the effect of various system parameters on the complex eigenvalues and the instability of kind divergence and flutter are studied. The results show that for a pipe with viscoelastic behavior, the natural frequencies decrease and at the higher modes, the divergence critical fluid velocity increases dramatically. As a new result, it is observed the viscoelastic fluid conveying pipes with certain values of viscoelastic parameters, can experience the flutter instability before the divergence one. In addition, because the viscoelastic behavior does not affect all the vibration mode shapes in the same manner, therefore, the coupled-mode flutter does not take place.
    Keywords: Fluid conveying pipes, viscoelastic, Dynamic Analysis, Complex eigenvalues, Instability
  • Mohammad Riahi, Mostafa Matloobi *, Naghme Jafarian Pages 30-53
    Journal bearings are vastly used in major industries such as power generation, oil and gas production, refineries, and the like. Thus, much investigation and study has taken place for more effective maintenance and fault detection of these bearings. An effective method in maintenance for these bearings is Root Cause Analysis (RCA) that tools like FMEA and FTA are used in it. In this paper, initially meanwhile investigation of journal bearing failures prioritizing of them have been down by using FMEA and FTA. For this purpose, expert opinion and field data collection were used in six gas power stations of country and by used them RPN are calculated for faults. Finally considering to RPN result and the importance of wear in journal bearing, this issue is simulated in COMSOL software and using Navier-Stokes equations and load capacity is investigated. At least some suggestions about geometry of journal bearing were presented to improve its performance
    Keywords: Journal Bearings, FMEA Method, FTA Method, RPN, Wear
  • Alireza Khodayari *, Adel Maghsoodpour, Ali Ghaffari, Sadegh Arefnezhad Pages 54-71
    In this paper, an advisory driver assistance system is designed and implemented in real traffic flow. This system gives environmental information to the drivers by visual and audio signals to avoidance form possible collisions. The performance of this system is based on estimation of instantaneous delay of Driver-Vehicle Unit (DVU). This estimation helps us to specify the consciousness of drivers. To reach this aim, some sensors must be mounted on the vehicle, then information fusion of these sensors obtains conditions of environmental hazards. To investigate the performance of the designed system, the subsystems are implemented on a Peugeot 206 passenger vehicle and some scenarios are tested in real traffic conditions. The results show the high accuracy and good performance of this system to reach control aims and reduction of the tracking errors. This system is useful for safety improvement for vehicles in longitudinal maneuvers and decrease of reaction time of DVU.
    Keywords: Design, Implementation, Driver-Vehicle Unit, Intelligent Collision Avoidance System, Driver Assistance, Reaction Delay
  • Shahrouz Yousefzadeh, Aliasghar Jafari *, Alireza Mohammadzadeh Pages 72-96
    This study investigates the free vibration of a thick FG circular plate in contact with an inviscid and incompressible fluid. Analysis of the plate is based on First-order Shear Deformation Plate Theory (FSDT) with consideration of rotational inertial effects and transverse shear stresses. Dynamic transverse displacements of the plate are approximated by set of admissible Chebyshev functions which is required to satisfy the geometric boundary conditions. Potential theory together Bernouli’s equation are utilized to obtain the fluid pressure on the free surface of the plate. The governing equation of the oscillatory behavior of the fluid is obtained by solving Laplace equation and satisfying its boundary conditions. The natural frequencies and mode shapes of the plate are determined using Rayleith-Ritz method based on minimizing the Rayleith quotient. The effects of the geometrical parameters such as height of the fluid, plate thickness to its radius ratio, fluid density, vessel height and volume fraction index on natural frequencies and mode shapes are investigated. Comparison of analytically outcome of this study is made with results of the experimental modal test for homogeneous Aluminum plate.
    Keywords: Circular plate, natural frequency, Functionally graded material, First order shear deformation plate theory
  • Rouhollah Norouzi, Hamed Shahbazi * Pages 97-115
    In this paper a neural observer is deigned to control a Quadrotor Drone. Quadrotor is a type of flying robot which can fly vertically and has a simple structure. This robot is one of the best models of flying robot that is considered by many researchers recently. Because of nonlinear dynamics of the system, Stability of the control process has an important role in this robot. In this study first, a PD controller is designed to track the desired state and stabilizing the quadrotor based on particle swarm optimization algorithm. Nonlinear observer is then synthesized in order to estimate the unmeasured states. Then a neural network observer is designed and trained based on data that extract of nonlinear observer. After that, simulation results are also provided in order to illustrate the performances of the proposed controller and observer. Finally In addition to simulation we have practically implemented these control and observer methods on a quadrotor test bench. Practical implementation results demonstrate the effectiveness of the presented method.
    Keywords: quadrotor, neural observer, PD control, Particle Swarm Optimization Algorithm, Practical Implementation
  • Mohammad Shojaeifard, Mostafa Baghani * Pages 116-131
    Todays, hydrogels have attracted many researchers due to individual response to exterior stimuli. According to the environmental stimuli, these materials absorb a huge amount of water and swell. Due to the vast application of the functionally graded pH sensitive hydrogels, investigation of their mechanical behavior during changing of pH is very important. In this regard, the energy density is decomposed additively to energy of the network stretching, energy of mixing and energy of dissociation. Considering the variation of properties along thickness, the semi analytical solution is presented under plane strain condition. Verifying the accuracy of presented method, the result of this method is compared with the finite element method including radius, radial and tangential stresses, bending curvature and bending semi angle between pH = 2 to 8. In addition, the continuity of stresses and deformation is one of the benefits of using functionally graded hydrogel instead of multi layer ones.
    Keywords: Temperature sensitive hydrogels, Functionally graded materials, Semi-analytical solution, Finite element modeling
  • Shahrooz Yousefzadeh *, Mohammad Najafi, Hosein Asgari Pages 132-150
    This research studies the effect of hydro-static pressure on the free vibration of a circular plate in contact with an inviscid and bounded fluid. The plate is in bottom of rigid cylindrical vessel with clamped boundary condition. At first, the potential energy of the plate on elastic foundation is performed by solving the governing equation on circular plate with clamped boundary condition. Next, the governing equation of the oscillatory behavior of the fluid is obtained by solving Laplace equation and satisfying its boundary conditions. The natural frequencies and mode shapes of the plate are determined by applying the Rayleigh-Ritz method on the total energy of the system. The effects of the parameters such as fluid height, fluid density, plate thickness to its radius ratio, and wave numbers on the natural frequencies and mode shapes are investigated. Comparison of analytically outcome of this study is made with results of the experimental modal test.
    Keywords: Circular plate, natural frequency, Elastic foundation, inviscid fluid, Modal test
  • Hasan Zarabadipour *, Hamid Narimanfar Pages 151-175
    Since the car is working in different climatic conditions, any Changes in temperature of the climatic conditions can affect various parts of the car. So it is necessary to optimize the energy consumption & keep the passengers in a suit & comfort state considering this kind of changes. The automotive air conditioning system is one of the largest ancillary loads in the passenger cars , with considerable effects on the vehicle fuel consumption .While most of the studies have represented linearized equations & simplified steady state matrixes , In the simulations of this paper, Nonlinear dynamic equations with using a model predictive controller and advanced control theory is designed for automotive air conditioning system.At the same time, a genetic algorithm technic which is a method of generation evaluation, is finding out the best answer in the whole problem space using a fitness function to select optimized inputs for sending to the plant. Also in this system a compressor capacity & fan flow rate has considered as two inputs to achieve the main objectives like minimizing the steady state error, system fast response, reduction of noise effects, minimizing of energy consumption and comforter of passengers.
    Keywords: Automotive A, C, Compressor, Blower fan, Evaporator, model predictive control
  • Seyede Marziyeh Seyed Aghamiri *, Hasan Zohoor Pages 176-187
    Due to the various injuries that because of exercise or stroke occur to people and require rehabilitation treatments the presence of a wearable robot is important. In this paper, assistive robot is designed that consists of a six-bar mechanism. This mechanism has one degree of freedom and is used to perform radial /ulnar movement of the wrist and moves in the form of parallel with the person's body. The design of the robot is somehow that the dimensions of the robot are proportional to the patient's hand, and also provides the natural movement of the hand and helps the patient to perform movements until his recovery .At first by doing the experimentation the direction of movement for doing the radial /ulnar motion was obtained and then the appropriate mechanism was selected and in terms of Kinematics and dynamics have been studied and the accuracy of the obtained equations is evaluated.
    Keywords: Exoskeleton, radial, ulnar movement, six- bar mechanism, rehabilitation
  • Pouya Mohsenzadeh Mobarakeh, Hossein Golestanian *, Yaghoub Tadi Beni Pages 188-217
    Carbon nanotubes are obtained from rolling a graphene sheet of a given size and at a specific direction. Due to the strong carbon-carbon covalent bonds, nanotubes have unique mechanical and electrical properties. In this paper, using finite element and molecular mechanics methods, the covalent bonds between the carbon atoms in the nanotube have been modeled using linear beam element. Carbon nanotubes with different diameter and length ranges have been analyzed. The effects of nanotube length, diameter and chirality on nanotubes Young's and shear Modului have been investigated, independently. Also, the decrease in nanotube modulus due to the number and position of vacancy defects has been determined. The results show that, nanotube diameter has a larger effect, compared to nanotube length, on elastic properties, especially Young's modulus. Comparing the results obtained for armchair, zigzag, and chiral nanotubes, vacancy defect had the most effect on chiral nanotube Young's modulus, with a chiral angle of 49.15 degrees.
    Keywords: Carbon nanotubes, finite element method, Young's modulus, Shear modulus, vacancy defect