فهرست مطالب

مهندسی مکانیک ایران - سال بیست و یکم شماره 3 (پیاپی 56، پاییز 1398)

نشریه مهندسی مکانیک ایران
سال بیست و یکم شماره 3 (پیاپی 56، پاییز 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/09/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • سید امیرمحمد مناقب*، علی غفاری، سید حسین ساداتی صفحات 6-26

    مسئله ربات سگوی و پاندول معکوس چرخدار، یکی از مهمترین مسائل کلاسیک در مهندسی کنترل میباشد.مقاله حاضر یک روش کنترلی هوشمند، ارائه میدهد به نحوی که در آن کنترلر فازی پایین دست، ورودی مناسب به سیستم دینامیکی را به وجود میآورد؛ لیکن وجود یک مکانیزم یادگیری در کنترلر بالادست که به مقایسه خروجی کنترلر پایین دست و مدل مرجع میپردازد؛ روش را مقاوم و کارآمدتر میکند. همچنین با درنظر گرفتن حدود عدم قطعیت سیستم ب و نیز اغتشاشات، کنترل کننده ها نسبت به عدم قطعیتها و اغتشاشات موجود در مسئله مقاوم شده اند. نمودارها و نتایج گواه این مطلب هستند.

    کلیدواژگان: ربات سگوی، یادگیری مرجعی مدل فازی، کنترلر بالادست راهنما، نقصان عملگر
  • محمد شجاعی فرد، مصطفی باغانی*، حمید شهسواری، روزبه اقبالپور صفحات 27-52
    شیارشدگی یکی ازاصلی ترین اختلالات بوجودآمده دربستر آسفالت است که عملکردآسفالت راتحت شعاع قرار می دهد. باتوجه به پیچیدگی رفتار آسفالت، دراین مطالعه به شبیه سازی پاسخ مکانیکی آن تحت اعمال بارگذاری واقعی حرکتی ودو بارگذاری معادل و پالسی که درمطالعات پیشین اغلب بعنوان جایگزین بارگذاری واقعی حرکتی بوده، پرداخته شده است. ازین رو یک مدل سازگار ترمودینامیکی ویسکوالاستیک-ویسکوپلاستیک-ویسکوآسیب رابصورت ضمنی گسسته سازی زمانی کرده تا درقالب سابروتین UMAT در نرم افزار اجزا محدود ABAQUS مورد تحلیل قرار گیرد. درتعداد سیکل بالا، حدود 40درصد اختلاف میزان شیارشدگی دربارگذاری های معادل وپالسی نسبت به بارگذاری واقعی حرکتی مشاهده می شود. این امر موجب تخمین نادرست عمربسترآسفالت حاصله ازاین دونوع بارگذاری می شود.
    کلیدواژگان: بستر آسفالت، پدیده شیارشدگی، مدل سازی اجزا محدود، گسسته سازی ضمنی، بارگذاری متحرک
  • هادی محمدی هویه، علیرضا نداف اسکوئی* صفحات 53-78
    در این مقاله، کمانش خطی میکرو تیر دو پیونده بر اساس مدل ردی - لوینسون بررسی شده است. این سیستم شامل یک میکروتیر ایزوتروپ و یک میکروتیر کامپوزیتی با خاصیت الاستیک، الکتریکی و مغناطیسی می باشد. این تیرها توسط فنرهای الاستیک که با دو مدل وینکلر و پاسترناک شبیه سازی شده اند به یکدیگر متصل گردیده اند. برای اطمینان از صحت نتایج بدست آمده، نتایج کار حاضر با نتایج محققان دیگر مقایسه و مشاهده می گردد که تطابق بسیار خوبی بین نتایج وجود دارد. با افزایش ثوابت وینکلر و پاسترناک بار کمانش در راستای نسبت ضخامت به پارامتر مقیاس طول، افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: کمانش خطی، میکروتیر دو پیونده، تئوری گرادیان کرنشی اصلاح شده، روش تربیع دیفرانسیلی
  • محمد عارفی*، سینا شریفیان صفحات 79-100
    در این پژوهش تحلیل ترموالاستیک استوانه جدارضخیم با خواص وابسته به دما بررسی می شود. کلیه خواص جز ضریب پواسونتابعی از دما و شعاع می باشد. با فرضیات مذکور، معادله دیفرانسیل غیرخطی برای توزیع انتقال حرارت در مختصات استوانه‎ای حاصل می گردد. حل این معادله به روش اغتشاشات سنتی، توزیع انتقال حرارت در استوانه را به صورت تقریبی- تحلیلی منتجه می شود. معادله دیفرانسیل حاکم بر مسئله، با در نظر گرفتن روابط کرنش - تغییر مکان، تنش - کرنش و تعادل به همراه توزیع انتقال حرارت قبلی حاصل می گردد. با حل این معادله به کمک شرایط مرزی مکانیکی، جابجایی شعاعی حاصل می گردد.
    کلیدواژگان: استوانه جدارضخیم نامتناهی، خواص وابسته به دما، مواد هدفمند، روش اغتشاشات
  • محسن بت شکنان دهکردی*، سجاد اتحادی صفحات 101-137
    درمقاله حاضر رفتار ارتعاشی تیر ساندویچی با هسته سفت و انعطاف پذیرو رویه های کامپوزیتی تقویت شده با نانو لوله های کربنی بررسی شده است. نانو لوله های کربنی به صورت موادی که تابع ضخامت رویه ها هستند مورد . نتایج برای توزیع های مختلف نانو لوله های کربنی و تکیه گاه های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق نتایج جدیدی برای شرایط مرزی مختلف بر حسب نسبت طول به ضخامتهای مختلف تیر ارائه شده است. یکی از نتایج مهم در این تحقیق این است که نمی توان در حالت کلی گفت که چه نوع توزیعی از نانوتیوب منجر به بیشترین و یا
    کلیدواژگان: تحلیل ارتعاشی، تیرساندویچی، هسته سفت و انعطاف پذیر_ نانو لوله های کربنی مدرج، تئوری مرتبه بالای توسعه یافته
  • سجاد آذرخش، عباس رهی* صفحات 138-157
    در این پژوهش اثر پارامترهای هندسی لوله های جدارنازک مخروطی دوجداره در بارگذاری محوری بر مقدار جذب انرژی به روش تجربی و عددی مورد بررسی قرار می گیرد. سپس اثر وجود فوم نیز برای جذب انرژی بیشتر مورد مطالعه قرار می گیرد. در بخش تجربی، ابتدا لوله های مخروطی از جنس آلومینیوم، به صورت توخالی و پر شده از فوم پلی یورتان تهیه شده و سپس نمونه ها تحت آزمایشهای تجربی قرار گرفته و نمودار نیرو- جابجایی در هر آزمایش استخراج می شود. در بخش عددی، شبیه سازی پدیده فروریزش محوری لوله های مخروطی جدارنازک با نرم افزار آباکوس انجام می گیرد.
    کلیدواژگان: جذب انرژی، بارگذاری محوری، فوم، لوله های دوجداره، روش اجزاء محدود
  • حمیدرضا اسماعیلی، هادی آروین بروجنی* صفحات 158-180
    با توجه به کارکرد متفاوت مکانیزم تیر و جرم متمرکز و اهمیت مواد نانوکامپوزیتی، در این مقاله به بررسی ارتعاشات غیر خطی تیرهای کامپوزیتی یکسرگیردار با جرم متمرکز در انتها، تحت تحریک نیروی هارمونیک پرداخته شده است. معادلات حرکت حاکم با استفاده از روش فرمول بندی دقیق هندسی استخراج گردیده است. به منظور مدل سازی خواص مکانیکی کامپوزیتی تقویت شده با نانولوله های کربنی از مدل موری-تاناکا استفاده گردیده است. پاسخ فرکانسی با استفاده از روش مقیاسهای چندگانه استخراج گردیده است. در نهایت به بررسی تاثیر میزان جرم متمرکز، درصد نانولوله کربنی و نیروی هارمونیک بر پاسخ فرکانسی پرداخته شده است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات غیر خطی اجباری، نانوکامپوزیت، نانولوله های کربنی، جرم متمرکز
  • سید محمد علی امین یزدی*، سید باقر موسوی صفحات 181-196
    دراین‎ ‎مطالعه ناپایداری ائروالاستیک تیرصفحه های مرکب با دو ناحیه جدایش بین لایه ای با طول یکسان لبه ‏به لبه و در جریان مافوق ‏صوت بصورت تحلیلی بررسی شده است. تئوری کلاسیک صفحه ‏های چند لایه برای جابجایی های کوچک به همراه تئوری شبه ‏یکنواخت آیرودینامیکی برای استخراج معادلات ‏حاکم استفاده شده است. در این تحقیق اثر پارامترهای متفاوتی بر مرز فلاتر مورد ‏‏بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج بدست آمده وجود دو ناحیه جدایش سرتاسری با طول یکسان و لبه به ‏لبه سبب کاهش 20 تا ‏‏40 درصدی فشار بحرانی فلاتر در مقایسه با یک ناحیه جدایش میشود.
    کلیدواژگان: فلاتر، جدایش بین لایه ای، تیر-صفحه مرکب‎، حریان مافوق صوت
  • علی محی الدین، احمد مامندی*، مرضیه مبرهن صفحات 197-224
    در این مقاله، تحلیل کمانش نانوتیوب با استفاده از تئوری الاستیسیته غیرمحلی اصلاح شده و در نظر گرفتن اثر الاستیسیته سطح و تنش سطحی مورد بررسی قرار گرفته است.با بهره گیری از اصل همیلتون معادلات حاکم بر دینامیک نانوتیر استخراج شده است. حل تحلیلی معادلات برای استخراج رابطه نیروی بحرانی کمانش نانوتیوب با استفاده از روش ناویر و با تجدید آرایش حل سری برای حذف خطای عددی مربوط به درنظر گرفتن تعداد مشخصی از جملات سری استخراج شده است. تاثیر تغییر پارامترهایی مانند ضریب مود کمانش، طول و قطر نانوتیوب، مقدار تنش سطحی و ضریب غیرمحلی در مقدار نیروی بحرانی کمانش نانوتیوب بررسی شده است.
    کلیدواژگان: نانوتیوب، تیر اویلر-برنولی، کمانش، تنش سطحی، تئوری الاستیسیته غیرمحلی اصلاح شده
  • مجیدرضا آیت الهی*، بهادر بهرامی، امیر محمد میرزایی صفحات 225-243
    در پژوهش حاضر، ابتدا توزیع تنش مجانبی مود I بارگذاری با استفاده از روش توابع پتانسیل مختلط برای شیار های کلیدی شکل محاسبه شده است. سپس از روش فرامعین برای محاسبه ی ضرایب شدت تنش و ضرایب مرتبه بالاتر سری بدست آمده، استفاده می-شود. در پایان نیز برای ارزیابی صحت ضرایب محاسبه شده، میدان تنش حاصل از توزیع تنش مجانبی با مقادیر اجزا محدود مقایسه می-گردد. نتایج نشان می دهند که در نظر گرفتن ترم اول یا همان ترم تکین به تنهایی منجر به خطای زیادی در محاسبات می شود.
    کلیدواژگان: ضرایب مرتبه بالاتر، شیار کلیدی شکل، مود I بارگذاری، روش فرامعین
|
  • Sayyed Amir Mohammad Managheb *, Ali Ghaffari, Sayyed Hossein Sadati Pages 6-26

    The problem of the Segway robot and wheeled inverse pendulum is one of the most important classic issue and well-known example of nonlinear control problem in engineering control. The main purpose of the control in this paper is achieving the cart body to the desired angle and the speed of the body as quickly as demanded velocity by controlling of the applied torque. This paper presents an intelligent control method for Segway robot, in which the downstream fuzzy controller using the calculated error from the plant output, provides the proper input to the dynamic system. But, there is a learning mechanism in the upstream controller that compares the output of the controller VS the reference model and then improves it using fuzzy inverse controller. it makes method more robust and efficient. Dynamic equations of the system are extracted by the Kane method. The design of the fuzzy controller, based on the experience of the expert human for such a system, can perfectly overcome the instability and nonlinear nature of the system. Therefore, the use of the superviser controller, due to automatic and intelligent adjustment, can help simpler design of this controller. The performance of the proposed control algorithm on Segway robot case study is evaluated and demonstrated by simulation in MATLAB. Also, considering the system's uncertainty in design and disturbances, the controllers are robust against the uncertainties and disturbances in the problem. Figures and results are evidence of this issue.

    Keywords: segway robot, fuzzy model reference learning control, supervisor controller, Underactuated system
  • Mohammad Shojaeifard, Mostafa Baghani *, Hamid Shahsavari, Roozbeh Eghbalpoor Pages 27-52
    Rutting is one of the most critical distresses influenced the asphalt pavement performance and its service life. Due to the complexity of the mechanical asphalt pavement responses, to study the mechanical behavior of this material under applying loads, a thermodynamically consistent visco- elastic visco- plastic visco- damage constitutive model has been presented in the implicit time discrete form to predict their mechanical responses within the framework pf the finite element method in software ABAQUS- Standard. It is worthy to mention that employing an implicit time discretization technique reduces the computational cost and a more stable solution is found. In this work, rutting phenomenon and prediction of the asphalt pavement service life has been investigated under three types of moving loading regimes, which forty percent of rutting difference has been obtained by comparing the pulse and equivalent loadings under moving load that would cause erroneous predictions in asphalt pavement service life.
    Keywords: Asphalt pavement, Rutting phenomena, Finite element modeling, Implicit Discretization, Moving load
  • Hadi Mohammadi Hooyeh, Alireza Naddaf Oskouie * Pages 53-78
    In this paper, the linear buckling analysis of double – bonded micro - beam was carried out based on the Reddy-Levinson model and the modified strain gradient theory. The studied system consists of an isotropic micro - beam and a magneto-electro-elastic composite micro beam. The beams are connected by an enclosing elastic medium and were simulated according to the both Winkler and Pasternak models. In order to verify the outcomes, they were compared with the available published data. The comparison shows that the results are in a good agreement with other research outcomes.The results show that as the Winkler and Pasternak constants increase, the critical buckling load decreases along the ratio of the thickness to the material length scale parameter. Moreover, the results confirm that the addition of a magneto-electro-elastic composite micro beam of the system, including anisotropic micro - beam lead to the reduction of the critical buckling load.
    Keywords: : Linear buckling_Double – bonded micro beam_Reddy – Levinson model_Modified strain gradient theory_Differential Quadrature Method
  • Sina Sharifian Pages 79-100
    In this work, thermo – elastic analysis for functionally graded thick – walled cylinder with temperature - dependent material properties at steady condition is investigated. The length of cylinder is infinite and loading is consist of internal hydrostatic pressure and temperature gradient. All of physical and mechanical properties expect the Poisson's ratio are considered as multiplied an exponential function of temperature and power function of radius. With these assumptions, the nonlinear differential equations for temperature distribution at cylindrical coordinate is obtained. Temperature distribution is achieved by solving this equation using classical perturbation method. With considering strain – displacement, stress – strain and equilibrium relations and temperature distribution that producted pervious the constitutive differential equations for cylinder is obtained. By employing mechanical boundary condition the radial displacement is yield. With having radial displacement, stresses distribution along the thickness are achieved. The results of this work show that by increasing the order of temperature perturbation series the convergence at curves is occurred and also dimensionless radial stress decrease and other stresses with dimensionless radial displacement increase.
    Keywords: Infinite thick–walled cylinder, Temperature-dependent properties, Functionally graded material, Perturbation method
  • Sajjad Etehadi Pages 101-137
    In this article, the vibrational behavior of sandwich beams with stiff and flexible core and face sheets reinforced with carbon nanotubes has been investigated. Carbon nanotubes are used as materials that their properties change along the thickness. In this research for modelling the sandwich beam an extended high order sandwich theory is used. In order to model the behavior of faces the Timoshenko beam’s theory is employed and also for modeling the behavior of the core, three-degree displacement field is used considering the axial stresses and also compatibility conditions of the core. The equations of motion are derived using the variations of energy and the Ritz method is used to solve the equations of motion. The obtained results are compared with available results that show the high accuracy of the present modelling. The results for different distributions of carbon nanotubes and different boundary conditions have been investigated. In this research new results are presented for different boundary conditions in terms of different length to thickness ratio. One of the important result of this research is that, generally it cannot be say that what distribution of CNT leads to maximum or minimum natural frequency of the structure and this problem is strongly depended on the length to thickness ratio of the bam and also stiffness or flexibility of the core.
    Keywords: Frequency analysis, FG-CNT, stiff, flexible core, extended high order sandwich theory
  • Sajad Azarakhsh, Abbas Rahi * Pages 138-157
    To reduce the damage caused by sudden collisions, energy absorbers are used. Energy absorbers, with their large deformation and folding, cause a large amount of collision energy to be absorbed, thus preventing damage to critical components. In the present research, the effect of geometric parameters of bi-tubular conical tubes and effect under axial loading on energy absorption is investigated by experimental and numerical methods. Then, the effect of foam is also studied to absorb more energy. In the experimental section, firstly, conical tubes made of aluminum with empty and filled with polyurethane foam were prepared, and then the samples are experimentally tested and the displacement-force diagram is obtained in each test. In the numerical section, the simulation of the axial deformation phenomenon of the thin-walled conical tubes is carried out with the ABAQUS software. The comparison of experimental and numerical results show that the proposed model is a suitable method for studying its collapse and amount of energy absorbed in the energy absorber system. Finally, the effect of the main system parameters, such as difference of inner and outer tube diameter, tube length, wall thickness, type of tube material, and the filling of foam, is studied on the energy absorption in thin-walled bi-tubular conical tubes absorber using numerical methods.
    Keywords: energy absorption, axial loading, Foam, bi-tubular tubes, finite element method
  • Hamidreza Esmaeili, Hadi Arvin Boroujeni * Pages 158-180
    Due to the different application of the beam-attached mass structures, and also increment of the importance of nanocomposite materials, in this paper, the study on nonlinear vibrations of composite cantilever beam with tip mass under the harmonic excitation is presented. The equations of motion are derived using a geometrically exact formulation based on the Cosserat theory for rods. The Muri-Tanaka model is implemented to formulate the mechanical properties of carbon nanotube reinforced beam. The Galerkin approach is implemented to derive the linear natural frequencies and corresponding mode shapes of the mentioned beam with tip mass. The extracted mode shapes are employed to discretize the equation of motion. The discretized equations of motion, which includes geometrical and inertial non-linearitites, are solved using the method of multiple scales and the frequency response is extracted. The effect of attached mass, carbon nanotube volume fraction and the excitation force amplitude on the frequency response of the system is investigated.
    Keywords: Nonlinear Forced Vibration, Nanocomposites, Carbon nanotubes, Attached mass
  • Seyed Mohamad Ali Amin Yazdi *, Seyed Bagher Mousavi Pages 181-196
    In this study aeroelastic instability of laminated beam-plates with two overlapping delaminations with equal length that is subjected to supersonic ‎flow is investigated analytically. The classical laminate plate theory with small deflection assumptions with quasi-steady aerodynamic theory is ‎utilized to derive the governing equations of the system. Additionally, it is assumed that the delaminations parts are forced to vibrate with each other. ‎In this case to predict critical flutter pressure, the delaminated composite beam-plates are divided into five parts. The boundary conditions at the ‎ends of beam-plates and at the ends of each delamination region are employed to predict flutter pressure. The effect of different parameters such as ‎delaminations length, axial position, their position through thickness of delaminated beam-plate and different stacking sequence are considered on ‎flutter pressure of beam-plate with two overlapping delaminations. According to the results, flutter pressure of delaminated beam-plate with two ‎overlapping, equal length delaminations in comparison to beam-plate with single delamination is reduced 20 through 40 percentages approximately. ‎Additionally, it has been shown, as far as two delaminations are closer to the mid-plane of the beam-plate, the aeroelastic behavior will change ‎further. ‎
    Keywords: Flutter, Composite beam-plates, Delaminations, supersonic flow
  • Ali Mohyeddin, Ahmad Mamandi *, Marzieh Mobarhan Pages 197-224
    In this paper, buckling analysis of an Euler-Bernoulli nanotube with simply support boundary condion is investigated using modified nonlocal elasticity theory considering the surface elasticity, surface tension effect and nonlocal parameter. Using Hamilton principle in conjuctre with modified nonlocal elasticity theory considering surface effect the governing dynamic equations of motion for nanotube has been derived. Th critical buckling load for nanotube considerng surface tension effect is analytically obtained based on Navier’s series soltion. Then, rearrenging of serie solution for nanotube buckling load to eliminate effect of recocnized terms of soltion, the modofied governing equations are rewritten and derived. Effect of changes of various parameters such as mode coefficent of buckling, nanotube length and diameter, surface tension and nonlocal paprameter on the critical buckling load are all investigated. finally, the obtained results for critical bucklinf load from modified nonlocal theory of elasticity are compared with those from nonlocal and classic beam theories.
    Keywords: Nanotube, Euler-Bernoulli Beam, Buckling, Surface stress, Modified nonlocal theory of elasticity
  • Majid Reza Ayatollahi *, Bahador Bahrami, A.M. Mirzaie Pages 225-243
    In the present study, the asymptotic stress distribution related to the mode I loading has been calculated by using the complex potential functions method for the key-hole notch. The new solution is an extension to the previous study of Zappalorto and Lazzarin [1] and has been developed to derive the components of stress field in the series expansion. Moreover, the displacement fields around the keyhole notch have been derived in both Cartesian and polar coordinate systems. Then, the over-deterministic method is utilized to calculate the coefficients of the series. According to the over-deterministic method the asymptotic stress or displacement field will be fitted to a large number of data points and the coefficients of the series will be derived based on the least square sense. Finally, to evaluate the derived coefficients, the truncated stress series have been compared with its relevant finite element values. The results show that considering the singular terms alone will generate large amounts of errors in calculations.
    Keywords: Higher order terms_key-hole notch_mode I loading_over-deterministic method