فهرست مطالب

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و سوم شماره 6 (شهریور 1400)

  • Special Issue
  • تاریخ انتشار: 1400/05/26
  • تعداد عناوین: 20
|
  • مجید مختاری، مصطفی تقی زاده*، محمود مزارع صفحه 1

    در این مقاله، کنترل فعال تحمل پذیر عیب زمان محدود بر مبنای روش کنترل تطبیقی پسگام غیرتکین مد لغزشی ترمینال سریع انتگرالی به منظور کنترل یک ربات اسکلت خارجی پایین تنه در حضور عیب عملگر ارایه شده است. برای شناسایی و ایزوله کردن عیب عملگر، از روییت گر مد لغزشی فراپیچشی مرتبه سوم استفاده شده است. برای حذف پدیده چترینگ در کنترل مد لغزشی معمولی، الگوریتم مد لغزشی فراپیچشی بکار گرفته شده است که منجر به همگرایی زمان محدود و دقت بالا در ردیابی مسیرهای مرجع می شود. ترم پسگام این کنترل کننده نیز پایداری عمومی بر اساس معیار لیاپانوف را تضمین خواهد کرد. همچنین از حرکت لینک کمر برای ایجاد پایداری بر اساس معیار نقطه گشتاور صفر استفاده شده است. برای دستیابی به پایداری حداکثری ربات بر اساس معیار نقطه گشتاور صفر، کمترین خطا در تعقیب مسیرهای مطلوب مفاصل ربات و افزایش قابلیت سیستم در تحمل عیب عملگر، پارامترهای کنترل کننده پیشنهادی، پارامترهای مسیر مطلوب بالاتنه و پارامترهای رویتگر به کمک الگوریتم جستجوی هارمونی بهینه شده است. عملکرد کنترل کننده پیشنهادی با عملکرد کنترل کننده مد لغزشی معمولی با و بدون حلقه تشخیص عیب مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی برتری کنترل کننده پیشنهادی را در حضور عیب عملگر نسبت به کنترل کننده های دیگر نشان می دهد.

    کلیدواژگان: ربات اسکلت خارجی، کنترل کننده تطبیقی مقاوم، کنترل تحمل پذیر عیب، نقطه گشتاور صفر
  • زهره موسوی، سینا ورهرام، میرمحمد اتفاق*، مرتضی صادقی، سید ناصر رضوی صفحه 2

    ازآنجایی که هزینه نگهداری و تعمیر سیستم های مکانیکی اعم از سازه ها و ماشین های دوار بسیار بالاست، یکی از راه های کاهش این هزینه ها، درنظرگرفتن تدابیری جهت بررسی عیوب در این سیستم ها قبل از هر نوع کار عملی است. در این مطالعه روش جدیدی برای عیب یابی سازه جکتی فراساحلی در حضور عدم قطعیت های مختلف مانند خطاهای مدل سازی، خطاهای اندازه گیری و نویزهای محیطی بر پایه مدل شبیه سازی شده و حالت سالم مدل واقعی ارایه شده است. در روش پیشنهادی، داده های سازه سالم واقعی برای به روزرسانی پارامترهای مدل شبیه سازی شده استفاده شده اند. برخی از بخش های سیگنال که مربوط به ذات سیستم نیستند، با استفاده از روش تجزیه مود تجربی دسته ای کامل حذف شده اند. داده های فرکانسی با استفاده از روش تجزیه حوزه فرکانس از سیگنال های ارتعاشی استخراج شده اند. یک شبکه عصبی خود رمزنگار عمیق، به منظور یادگیری ویژگی های حساس به عیب از داده های فرکانسی و عیب یابی سازه طراحی شده است. به منظور آموزش شبکه عمیق پیشنهادی، از داده های فرکانسی مدل شبیه سازی شده و حالت سالم مدل واقعی استفاده شده است. پس ازآن، داده های فرکانسی سازه واقعی برای ارزیابی شبکه عمیق پیشنهادی استفاده شده است. نتایج حاصله نشان می دهد که استفاده از روش پیشنهادی برای عیب یابی سازه جکتی فراساحلی صحت بالاتری نسبت به سایر روش های مقایسه ای دارد.

    کلیدواژگان: پایش وضعیت، سازه جکتی فراساحلی، به روزرسانی مدل، شبکه عصبی عمیق
  • ناصرالدین سپهری*، محمد احسانی، مهناز شمشیرساز، مجتبی صدیقی صفحه 3

    ازجمله ایده های نوین برای شناسایی زودهنگام آسیب استفاده از ماهیت غیرخطی آسیب های سازه ای با استفاده از وصله های پیزوالکتریک است. شل شدن تکیه گاه گیردار ازجمله عیوبی است که سبب ایجاد اختلال در عملکرد سازه می شود. در این مقاله روش المان طیفی فوریه برای بررسی رفتار غیرخطی تماسی ناشی از شل شدن تکیه گاه گیردار با استفاده از روش تلفیق ارتعاشات و آکوستیک ارایه شده است. سه وصله پیزوالکتریک روی تیر اویلر-برنولی جاسازی شده است. دو عدد از پیزوالکتریک ها به عنوان عملگر پمپ و حامل و وصله پیزوالکتریک سوم به عنوان حس گر برای برداشت سیگنال تلفیق شده مورداستفاده قرار می گیرند. در مدل عددی از ایده بستر الاستیک به منظور مدل سازی تکیه گاه استفاده شد. رفتار غیرخطی تماسی به صورت اعمال یک لقی بین سازه میزبان و سطح صلب مدل سازی شد. آزمون های تجربی و شبیه سازی های عددی در دو حالت سالم و معیوب (تکیه گاه شل شده) و در فرکانس های مختلف انجام پذیرفت. پردازش سیگنال های ثبت شده به صورت سری زمانی در حوزه فرکانس امکان احراز پدیده تلفیق و استخراج شاخص آسیب مناسب با شدت آسیب را فراهم می سازد. طبق نتایج، المان طیفی فوریه امکان شبیه سازی پدیده تلفیق را با دقت مناسب (صحه گذاری با نتایج تجربی) و همچنین نرخ همگرایی بالا فراهم می آورد.

    کلیدواژگان: پایش سلامت سازه، تلفیق ارتعاشات و آکوستیک، تماس آکوستیک غیرخطی، وصله پیزوالکتریک، المان طیفی فوریه
  • امیرحسین براتی، مهدی رحمانی* صفحه 4

    این مقاله به مساله تشخیص و جداسازی عیب در سیستم های گسسته متغیر با زمان، با داشتن نامعینی تصادفی، کران دار و وجود نویز در سیستم و حس گر می پردازد. عیوب می تواند به طور همزمان یا به طور متوالی رخ دهند، از این رو فیلتر طراحی شده توانایی تشخیص و جداسازی این عیوب را، با توجه به چالش های ایجادشده به علت وجود نامعینی و اثرات نویز داراست. در حل مساله تشخیص عیب، به طراحی و ارایه فیلتر تشخیص و جداساز عیب مقاوم مبتنی بر فیلتر کالمن مقاوم پرداخته خواهد شد. به همین منظور، آستانه ای به صورت متغیر با زمان براساس حد بالای کوواریانس مانده ها تعریف می شود. این حد آستانه به تشخیص بهتر کمک می کند و از اخطار اشتباه در تشخیص عیوب جلوگیری می کند. در طراحی تشخیص گر عیب به تعداد خروجی های سیستم تشخیص گر طراحی می شود ، هم چنین برای طراحی جداساز عیب با بررسی مانده های سیستم شروطی به دست می آید که با اعمال این شروط در طراحی، به یک جداساز عیب مقاوم دست می یابد. در انتها با استفاده از سه مثال کارایی و عملکرد روش پیشنهادی نشان داده خواهد شد. در مثال اول عملکرد روش پیشنهادی در حضور عدم قطعیت و نویز نشان داده می شود و در مثال های دوم و سوم عملکرد و کارایی روش خود را با روش های دیگر مقایسه و برتری این روش در حضور نامعینی نشان داده خواهد شد.

    کلیدواژگان: تشخیص عیب، جداسازی عیب، فیلتر کالمن مقاوم، سیستم زمان-گسسته، نامعینی
  • مهناز مهدی پور، حبیب بدری قویفکر* صفحه 5

    استفاده از سیستم های میکروسیالاتی برای کاربردهای مختلف از جمله آزمایشگاه بر روی تراشه، انتقال دارو و راکتورهای ریزشیمیایی روز به روز در حال افزایش است که برای کنترل و توسعه این ریزسیستم ها حسگرهای متعددی ارایه شده است. در این مقاله حسگری برپایه سیستم های میکروالکترومکانیکی با کاربرد مستقیم در محیط مایع برای سیستم های میکروسیالات دیجیتال معرفی می گردد که قابلیت اجتماع با سایر مولفه های سیالاتی مانند انتقال، جداسازی و ترکیب را نیز داراست. حسگر پیشنهادی از تعدادی میکرونوسانگر همبندی هم اندازه تشکیل یافته که به موازات بستر حرکت کرده از این رو قابلیت اجتماع در میان الکترودهای مسطح در میکروسیالات دیجیتال را داراست. ناحیه فعال حسگر در وسط سازه قرار گرفته و برای به دام انداختن هدف زیستی ایستا گردیده است. به دلیل حرکت در صفحه این حسگر، میرایی سیالاتی در حدی است که ضریب کیفیت قابل قبول در خروجی به دست می آید. ساختار پیشنهادی به روش اجزا محدود شبیه سازی گردیده و نتایج نشانگر این است که فرکانس مناسب برای حرکت در صفحه سیستم برابر با 5/16 کیلوهرتز است. علاوه بر آن ضریب کیفیت و حساسیت جرمی به ترتیب برابر با 49و 100 هرتز بر میکروگرم بوده که قابل مقایسه با حسگرهایی با کاربرد مشابه سیالاتی است.

    کلیدواژگان: نوسانگر میکروالکترومکانیکی، میکروسیالات دیجیتال، حسگر زیستی، میرایی
  • امیر آیت، امیر تقوی پور* صفحه 6

    مهم ترین عامل در تصادفات رانندگی و حتی بروز ترافیک، فاکتور های انسانی می باشد که متاثر از روش رانندگی افراد است. این در حالی است که می توان با دسترسی به اطلاعات حاصل از شیوه رانندگی می توان اقدام به تحلیل آن نمود و با اعمال محدودیت بر رانندگان پرخطر در مسیر ایمن سازی جاده ها و کاهش تلفات گام برداشت. هدف این پژوهش دست یابی به اطلاعات رانندگی به منظور ترسیم پروفایل رفتار رانندگی جهت تحلیل شیوه رانندگی خودروسواران و سپس تشخیص پرخطربودن یا محتاطانه بودن روش آنهاست. در این راستا طراحی و ساخت دستگاه ثبت اطلاعات شتاب های خطی و سرعت های زاویه ای به عنوان مهم ترین عوامل موثر، اولین گام برای رسیدن به مقصود خواهد بود. پس از این با بررسی اطلاعات به دست آمده طی آزمایش های متعدد، روند تحلیل و یافتن معیارهایی برای قضاوت شیوه رانندگی مطرح شده است. این معیار ها چارچوب رانندگی ایمن را مشخص می سازند. بدیهی است اگر اطلاعات به دست آمده از شیوه رانندگی فردی در خارج از این چارچوب باشد، در صلاحیت وی برای رانندگی باید تجدید نظر و جرایم مربوطه در نظر گرفته شود.

    کلیدواژگان: تصادفات رانندگی، پروفایل رفتار رانندگی، دستگاه ثبت اطلاعات خودرو، معیارهای رانندگی
  • هدیه محجوب، حبیب رمضان نژاد آزاربنی* صفحه 7

    در این تحقیق بر اساس تیوری غیرمحلی تیر اویلر برنولی به تحلیل آنالیز حساسیت ناپایداری و فرکانسی نانولوله های کربنی تک لایه حامل سیال پرداخته شده است. در این تحلیل اثرات محیط ترمومغناطیسی، تنش پسماند و الاستیسیته سطح، بستر ویسکوالاستیک و پارامتر غیرمحلی در استخراج معادلات حاکم بر حرکت سیستم اعمال شده است. برای حل معادلات حاکم از روش گالرکین به همراه توابع شکل مثلثاتی متناظر با شرایط مرزی استاندارد شامل تکیه گاه ساده، ساده-گیردار-ساده و گیردار-گیردار در دو انتهای نانولوله استفاده شده است. با استخراج ماتریس های جرم، سفتی و استهلاک سیستم، مقادیر ویژه و سرعت بحرانی متناظر با آستانه ناپایداری محاسبه شده است. برای تحلیل آنالیز حساسیت میدان مغناطیسی، تغییرات دما در دو حالت دمابالا و دماپایین، طول نانولوله، قطر خارجی نانولوله و پارامتر غیرمحلی به عنوان فاکتورهای ورودی در نظر گرفته شده اند. اثر میزان حساسیت هریک از فاکتورهای ورودی بر سرعت بحرانی سیال و فرکانس های طبیعی نانولوله کربنی حامل سیال به صورت کیفی و کمی محاسبه و با نرمالیزه کردن با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج تحلیل آنالیز حساسیت انجام شده را می توان در طراحی بهینه یا هدف محور نانولوله های کربنی تک لایه حامل سیال در کاربردهای مختلف به ویژه در به کارگیری در تحویل داروهای برای از بین بردن سلول های سرطانی مورد استفاده قرار داد.

    کلیدواژگان: نانولوله کربنی حامل سیال، آنالیز حساسیت، محیط ترمومغناطیسی، سرعت بحرانی سیال، تنش پسماند و الاستیسیته سطح
  • صابر شیخ خوشکار، سید علی سینا*، علیرضا شاطرزاده صفحه 8

    تحلیل ارتعاشات از مراحل اصلی طراحی و ساخت ماشین های الکتریکی است که ویژگی های الکتریکی و مکانیکی این تجهیزات را تحت تاثیر قرار می دهد. در پژوهش حاضر، اثر تقارن دوره ای و انحراف از آن در ارتعاشات رینگ های دوار تحت بارگذاری الکترومغناطیس متحرک بررسی شده است. رینگ با استفاده از فرضیات تیر اویلر برنولی و اندرکنش سازه و نیروی الکترومغناطیس با استفاده از فنرهای گسسته مدل سازی شده است. معادلات حاکم بر حرکت داخل صفحه رینگ دوار در حضور نیروی الکترومغناطیسی با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده است و سپس تحلیل فرکانسی سیستم انجام گرفته است. مقادیر ویژه سیستم با استفاده از حل اغتشاشی به صورت نیمه تحلیلی به دست آمده است. نتایج بیانگر ظهور ناپایداری در مودهای مختلف سیستم به ازای نسبت های مشخصی مابین سرعت دورانی رینگ و تکیه گاه و مرتبه تقارن دوره ای سیستم است. اثر انحراف از تقارن دوره ای به واسطه متغیربودن سفتی فنرهای گسسته با زمان و زاویه اتصال این فنرها به رینگ در خواص ارتعاشی و پایداری حرکت داخل صفحه رینگ دوار تحت بارگذاری الکترومغناطیسی به صورت تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده شد که انحراف از تقارن دوره ای در سیستم به واسطه تغییرات زمانی سفتی فنر  موجب ازبین رفتن ناپایداری افتراق مودها می شود.

    کلیدواژگان: ارتعاشات داخل صفحه، رینگ دوار، تقارن دوره ای، بارگذاری الکترومغناطیسی متحرک، افتراق مودها
  • رسول معروفی آذر*، مازیار فهیمی فرزام، ناصر پاشایی صفحه 9

    در این مطالعه روشی برای برداشت انرژی از اسلاشینگ مایعات پیشنهاد شده و تاثیر پارامترهای مختلف بر کارایی آن بررسی شده است. در بخش اول، ولتاژ و توان القایی بصورت آزمایشگاهی اندازه گیری شده است. بدین منظور آهنربایی روی مایع موجود در ظرف سیم پیچی شده شناور گردیده و سیستم مورد بررسی روی یک میز لرزه قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد ولتاژ القایی با افزایش فرکانس افزایش یافته و در فرکانس طبیعی مجموعه سازه و مخزن به بیشترین مقدار خود می رسد. همچنین با افزایش قدرت آهنربا و افزایش ارتفاع سیال درون ظرف، ولتاژ القایی افزایش یافته است. بیشترین ولتاژ القایی و توان برداشت شده در این مطالعه به ترتیب mV 850 و µW 400 ثبت شده است. برای بررسی کارایی روش پیشنهادی، سیستم مورد نظر روی یک ماشین صفحه تراش نصب شده و ولتاژ القایی و توان برداشت شده اندازه گیری گردیده است. در بخش دوم، از روش عددی برای شبیه سازی و تحلیل سیستم پیشنهادی استفاده گردیده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند روند تغییرات پارامترهای مربوط به مرز مشترک از جمله فشار و ارتفاع آن، منطبق بر داده های تجربی بوده و بنابراین می توان از این روش جهت طراحی و پیش بینی عملکرد برداشت کننده انرژی استفاده نمود.

    کلیدواژگان: برداشت انرژی، القاء فارادی، اسلاشینگ، سیم پیچ، مدل حجم سیال
  • مسعود جوادی*، وحید خلفی صفحه 10

    در کار حاضر قابلیت اطمینان آستانه وقوع فلاتر صفحه چندلایه کامپوزیتی با توجه به عدم قطعیت در متغیرهایی شامل مدل الاستیک، ضریب پواسون، چگالی، ضخامت صفحه و طول صفحه بررسی شده است. صفحه موردنظر از چندلایه کامپوزیتی متقارن تحت شرایط مرزی مختلف است که در رژیم پروازی مافوق صوت موردبررسی قرارگرفته است. به منظور شبیه سازی رفتار حاکم بر صفحه چندلایه کامپوزیتی از نظریه کلاسیک ورق استفاده می شود؛ و اثر نیروهای آیرودینامیکی ‏توسط تیوری پیستون مرتبه اول مدل سازی شده است. به منظور گسسته سازی و تحلیل معادلات آیروالاستیک حاکم بر صفحه از روش عددی دیفرانسیل مربعی تعمیم یافته استفاده شده است. معادلات حاکم بعد از گسسته سازی، با استفاده از محاسبه و تحلیل مقادیر ویژه حل شده و آستانه وقوع پدیده فلاتر برای صفحه چندلایه کامپوزیتی به دست آمده است؛ به منظور بررسی قابلیت اطمینان، توزیع متغیرهای تصادفی به صورت توزیع نرمال استفاده شده است. درنهایت برای به دست آوردن قابلیت اطمینان آستانه وقوع فلاتر صفحه از روش شبیه سازی مونت کارلو برای پنج شرط مرزی مختلف استفاده شده است. با توجه به نتایج ارایه شده، مقدار قابلیت اطمینان آستانه وقوع فلاتر صفحه کامپوزیتی برای شرط مرزی تمام لولا بیشتر از سایر شرایط مرزی و شرط مرزی تمام گیردار کمتر از سایر شرایط مرزی خواهد بود. همچنین با توجه به بررسی های صورت گرفته در مورد وضعیت زاویه ‏الیاف صفحه کامپوزیتی، می توان نتیجه گرفت‏ با افزایش زاویه الیاف صفحه کامپوزیتی قابلیت اطمینان آستانه وقوع فلاتر افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: صفحه کامپوزیتی، قابلیت اطمینان، مونت کارلو، فلاتر، روش دیفرانسیل مربعی
  • حمید جعفری، محمدرضا حایری یزدی*، میرمسعود سید فخرآبادی صفحه 11

    میکروتوبول ها، لوله های پلیمری متصل شده از هسته به غشا سلول، اصلی ترین بخش اسکلت سلولی هستند که سفتی مکانیکی، سازماندهی و حفظ شکل را برای سیتوپلاسم سلول های یوکاریوت فراهم می کنند. این ساختارها نقش اساسی در برخی فرآیندهای سلولی مانند تقسیم سلولی، انتقال درون سلولی و سازماندهی داخلی سلول ها ایفا می کنند. در کاربردهای ذکرشده، ساختار شبکه ای میکروتوبول ها دلیل اصلی اهمیت مطالعات عمیق تر خواص مکانیکی آنها هستند. در این مقاله به بررسی انتشار امواج الاستیک در شبکه های پریودیک مبتنی بر میکروتوبول های فراکتالی مثلث های مرکز جرم ثابت جهت تجزیه و تحلیل خصوصیات دینامیکی آنها پرداخته شده است. این مطالعه با انتخاب یک مدل تیر مناسب برای یک میکروتوبول آغاز می شود و با ایجاد ساختارهای پریودیک از میکروتوبول ها رفتار دینامیکی آنها مورد بررسی قرار می گیرد. برای بدست آوردن منحنی های انتشار موج، مدل های المان محدود برای میکروتوبول ها و شبکه های آنها به وجود آمده اند و معادلات گاف فونونی بر اساس تیوری بلاخ محاسبه می شوند. نتایج نشان می دهد بسته به توپولوژی سلول های واحد انتخاب شده و همچنین دوره های درنظرگرفته شده، امکان طراحی گاف فرکانسی در محدوده های خاص برای کاربرد فیلتر زیستی با فرکانس پایین و بالا وجود دارد. این مطالعه به محققان کمک می کند برخی از ارتعاشات ناخواسته را با استفاده از ساختارهای پریودیک معماری شده کنترل یا جذب کنند و به لطف زیست سازگاری بیشتر، می توان این شبکه ها را در ابزارهای نانوبیومکانیکی نسل بعدی مانند حسگرهای زیستی قابل کاشت استفاده کرد.

    کلیدواژگان: میکروتوبول، انتشار امواج، ساختارهای معماری شده، گاف فرکانسی، مدول الاستیسیته
  • حسین مهمان نواز، علی رمضانی، غلامحسین لیاقت، حمید فاضلی*، محسن روح بخش، محمدامین نباخته صفحه 12

    یکی از روش های ایمن سازی اهداف بتنی در برابر تهدیدهای خرج گود، گسسته سازی آن ها است. هدف از این پژوهش شبیه سازی فرآیند نفوذ خرج گود در اهداف بتنی گسسته، در دو نرم افزار ال اس داینا و انسیس-اتوداین است. بدین منظور، فرآیند شبیه سازی برای یکی از نتایج تجربی موجود، انجام شده و نتایج بدست آمده در هر دو نرم افزار، صحت سنجی شده اند. در انتها نتایج دو نرم افزار در زمینه های سرعت جت، عمق نفوذ، قطر دهانه ورودی، میانی، خروجی و زمان اجرا مقایسه شده است. استفاده از روش آ-ال-ای برای فرآیند شکل گیری جت، و مدل آر-اچ-تی برای شبیه سازی رفتار بتن در نرخ کرنش های بالا نتایج مناسبی در هر دو نرم افزار بدست داد. تفاوت های روش برهم کنش المان های لاگرانژی و اویلری در دو نرم افزار، باعث شد تا عمق نفوذ بدست آمده در انسیس-اتوداین، از ال اس داینا کمتر و قطر دهانه های ورودی، خروجی و میانی در انسیس-اتوداین نسبت به ال اس داینا بیشتر باشد. عمق نفوذ در ال اس داینا، و قطر دهانه های ورودی، خروجی و میانی در انسیس-اتوداین به نتایج تجربی نزدیک تر بودند. شبیه سازی بتن پیوسته نیز انجام شد و مشاهده گردید که عمق نفوذ خرج گود در بتن گسسته از بتن پیوسته کمتر است. نتایج بدست آمده نشان از تطابق خوب نتایج دو نرم افزار با مقادیر تجربی دارد.

    کلیدواژگان: خرج گود، اهداف بتنی گسسته، تحلیل عددی، نرم افزار الاسداینا، نرم افزار انسیس-اتوداین
  • محمدامین بهرامی*، محمود حشمتی، سعید فعلی صفحه 13

    دراین تحقیق، اثر هم افزایی دو نانوذره اکسیدگرافن کاهش یافته و نانولوله کربنی چندجداره بر روی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت اپوکسی بررسی و مطالعه شده است. در گام نخست، نانوکامپوزیت اپوکسی/نانولوله کربنی چندجداره با درصدهای وزنی نانولوله کربنی 0/02، 0/04، 0/06، 0/08 و0/1 با روش مخلوط سازی مستقیم ساخته شده و با آزمون کشش، خواص مکانیکی بدست آمده است. نتایج برای 0/40 درصد باعث بهبود مدول یانگ، تنش نهایی و تنش تسلیم به ترتیب 35/7، 21/7 و 12/47 درصد شده است. در گام دوم، نانوکامپوزیت اپوکسی/نانولوله اکسیدگرافن کاهش یافته با 0/2، 0/4، 0/6، 0/8 و 1درصد ساخته شده است. نتایج برای 0/6 درصد، باعث بهبود مدول یانگ، تنش نهایی و تنش تسلیم به ترتیب37/6، 18/1 و 13/14 درصد شده است. در گام سوم، اثر درصدهای مختلف نانواکسیدگرافن کاهش یافته بر روی خواص نانوکامپوزیت با 0/04درصد نانولوله کربنی چند جداره بررسی شد که افزایش مدول یانگ، تنش نهایی و تنش تسلیم برای نانوکامپوزیت با  0/04درصد نانولوله کربنی چند جداره و 0/4 درصد نانواکسیدگرافن کاهش یافته (نسبت اختلاط 1 به 10) را نشان داد. براساس این نسبت اختلاط نتایج برای 0/06درصد نانولوله کربنی چندجداره و 0/6 درصد نانواکسیدگرافن کاهش یافته باعث بهبود مدول یانگ، تنش نهایی و تنش تسلیم به ترتیب 42/2، 25/88 و 18/97 درصد شده است. همچنین جهت مشاهده توزیع نانوذرات و نوع شکست، آنالیز سطح شکست نمونه ها انجام شده است.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، نانواکسیدگرافن کاهش یافته، نانولوله کربنی چندجداره، اثر هم افزایی، خواص مکانیکی
  • بهمن طاهرخانی، علی پورکمالی انارکی*، جواد کدخداپور صفحه 14

    ساختارهای آگزتیک (ضریب پواسون منفی) ساختارهایی هستند که وقتی در جهت طولی تحت کشش (فشار) قرار می گیرند در جهت عرضی دچار انبساط (انقباض) می گردند.در این کار، اثر هندسه ساختار شش ضلعی آگزتیک روی ضریب پواسون آنتحت بارگذاری کششی بزرگ به روش تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شده که مکان و سفتی اتصال های چرخشی دو پارامتر جدید مهمی هستند که روی مقدار ضریب پواسون تاثیرگذار هستند. ضریب پواسون با سفت ترشدن اتصال های چرخشی و دور شدن آن ها از وسط ساختار افزایش پیدا می کند. بنابراین، با تغییردادن مکان و سفتی اتصال های چرخشی به راحتی می توان ساختارهای شش ضلعی آگزتیک با ضرایب پواسون متفاوت را به دست آورد که امکان ساخت حسگرهای پیزومقاوم با حساسیت های متفاوت را فراهم می کند. حسگر آگزتیک پیزومقاوم کششی با حساسیت بالا برای کرنش های پایین از ترکیب لاستیک سیلیکون و الیاف کربن خردشده ارایه شده است. کرنش جابجایی مقداری از کرنش می باشد که در آن ضریب پواسون ساختار از منفی به مثبت تغییر علامت می دهد. حسگرهای آگزتیکی ارایه شده، عملکرد فوق العاده خوبی تا کرنش تغییر دارند و بعد از آن رفتار معمولی از خود نشان می دهند. این بهبود در خواص حسی حدود 150% (بر حسب فاکتور اندازه) در قیاس با حسگرهای معمولی می باشد.

    کلیدواژگان: ساختار آگزتیک شش ضلعی، حسگر آگزتیک پیزومقاوم، فاکتور اندازه، رفتار تغییر شکل، حساسیت
  • صدیقه رنجکش آدرمنابادی، سید مهدی حسینی فراش*، محمد جعفری صفحه 15

    در این مقاله اثر استفاده از سه نوع مختلف تقویت کننده های نانوساختار، بر خواص مکانیکی و سایشی نانوکامپوزیت ها مطالعه شده است. نانولوله کربنی، نانواکسیدگرافن و نانورس با درصدهای وزنی برابر و با روش های یکسان در شرایط محیطی مشابه به رزین اپوکسی افزوده شد. جهت پراکندگی یکنواخت نانوساختارها در زمینه اپوکسی، از همزن مکانیکی به همراه فراصوت استفاده گردید. پس از انجام فرآیند گاززدایی، نمونه های آزمون کشش و سایش مطابق استانداردهای مربوطه ساخته شدند. از هر جنس نانوکامپوزیت ، سه نمونه تهیه و تحت آزمون قرار گرفت. مدول یانگ، استحکام کششی نهایی، کرنش در نقطه شکست و چقرمگی نمونه ها، از منحنی تنش-کرنش و با استفاده از آزمون کشش استخراج شد. آزمون سایش خشک در بارهای 20، 60 و 100 نیوتن با استفاده از یک دستگاه پین روی دیسک در دمای اتاق مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن بود که در نمونه ی حاوی نانولوله کربنی، بیشترین تنش قابل تحمل % 16 و کرنش در لحظه شکست % 27 نسبت به اپوکسی خالص افزایش دارد. همچنین کامپوزیت های اپوکسی/ نانولوله کربنی و اپوکسی/ نانورس بالاترین مقاومت در برابر سایش را در مقایسه با سایر نمونه ها از خود نشان دادند، به طوری که در نمونه ی حاوی نانورس، 60 درصد کاهش در مقدار نرخ سایش نسبت به نمونه اپوکسی خالص، مشاهده شد.

    کلیدواژگان: تقویت کننده نانوساختار، نانوکامپوزیت، اپوکسی، خواص مکانیکی، رفتار سایشی
  • مجتبی ضیاء شمامی، هاشم بابایی*، توحید میرزابابای مستوفی، حسین خدارحمی صفحه 16

    در پژوهش حاضر، رفتار پلاستیک ورق های مدور تحت بارگذاری دفعی مکرر بررسی شده است. در بخش تجربی از سامانه پاندول بالستیک جهت اعمال بار دینامیکی و ورق های آلیاژ آلومینیوم استفاده شد. جهت بررسی پروفیل تغییر شکل و الگوی شکست نمونه ها، بار دینامیکی در محدوده وسیعی از 6/49 تا 24/69 نیوتن در ثانیه اعمال شد. جهت بررسی رفتار تحت بارگذاری مکرر، هر آزمایش تا 5 دفعه بارگذاری ادامه پیدا کرد. مشاهدات تجربی بیانگر تغییر شکل پلاستیک بزرگ سازه همراه با نازک شدگی نمونه های آزمایشی در مرزهای گیردار و همچنین پارگی برخی در همین ناحیه است. نتایج مشخص کرد که با افزایش تعداد دفعات انفجار و جرم خرج، خیز دایمی افزایش می یابد ولی خیز پیش رونده ورق به صورت نمایی کاهش می یابد. در بخش مدل سازی، با بهره گیری از روش تحلیل ابعادی، روابطی با فرم بسته بر مبنای اعداد بدون بعد به منظور پیش بینی بیشترین خیز دایمی ورق استخراج شد که بر اساس مراجع موجود، تاکنون در ادبیات موضوع ارایه نشده است. در این روابط، تاثیر پارامترهای مختلف مانند هندسه ورق، اینرسی بار اعمال شده و حساسیت ماده به نرخ کرنش در نظر گرفته شد. مقایسه نتایج حاصل از مدل با نتایج تجربی نشان داد که توافق بسیار خوبی بین نتایج تجربی و پیش بینی های مدل حاصل شده است.

    کلیدواژگان: بارگذاری دینامیکی شدید، بارگذاری پی در پی، ورق مدور، مدل سازی ریاضی، تحلیل ابعادی
  • امیر قاسمی کردلر، جواد کوهسرخی* صفحه 17

    دراین مقاله، لایه های اکسید قلع آلاییده شده با فلویور به عنوان الکترود و بذر رشد نانومیله های دی اکسید تیتانیوم به روش لایه نشانی افشانه داغ مبتنی بر تکنیک نبولایزر بر روی میکرو آرایه های سیلیکان ایجاد شده است. لایه نشانی این لایه روی لایه اکسید قلع آلاییده شده با فلویور از اهمیت بالایی برای ساخت نانوژنراتورهای مبتنی بر باریم تیتانات است که در این مقاله از دو روش نبولایزرو و هیدروترمال استفاده شده است. تاثیر دمای لایه نشانی و همچنین حجم نبولایزر در مقاومت سطحی لایه ها توسط دستگاه چهار پروب مورد بررسی قرار گرفته است و همچنین نمونه ها تحت یک شرایط هیدروترمال یکسان به منظور رشد نانومیله ها قرار گرفتند و شکل ظاهری نانوساختارها رشد کرده بر روی لایه های ساخته شده توسط تصاویر میکروسکوپ الکترونی مورد بررسی قرار گرفته است. چسبندگی لایه ها در این حوزه نیز اهمیت بالایی دارد و به عنوان یکی از پارامترهای مهم در فرآیند هیدروترمال مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با این روش، نانومیله ها روی دیواره های ساختار میکرو ماشینکاری رشد پیدا کرده است که می تواند باعث افزایش کیفیت ادوات  مبتنی براین ساختارها باشد. در این مقاله با استفاده از روش نبولایزر به مقامت های سطحی پایین تا Ω/cm2  11 دست پیدا شد.

    کلیدواژگان: نانومیله های اکسید تیتانیوم، نبولایزر، افشانه داغ، هیدروترمال، مقاومت سطحی
  • فرزاد بناکار، داود اکبری* صفحه 18

    روش تداخل سنجی برشی لیزری یا برش نگاری، یکی از روش های نوین آزمون های غیرمخرب است که بر پایه ی تداخل امواج تک رنگ بازتاب شده از سطح نمونه می باشد. این روش، با اندازه گیری مستقیم گرادیان جابه جایی خارج از صفحه، قادر است با دقت و سرعت بالایی تمام سطح نمونه را به طور یکجا مورد ارزیابی قراردهد. در این مقاله امکان تشخیص ترک های زیرسطحی با طول و زاویه های مختلف در نمونه های کامپوزیتی به کمک روش برش نگاری و سیستم تحریک حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور، در نمونه های ساخته شده، ترک های مصنوعی و کنترل شده با طول و زاویه های مختلف ایجاد شد. پس از صحت سنجی عملکرد چیدمان برش نگاری، از دو منبع حرارتی تشعشعی برای اعمال بار روی نمونه ها استفاده شد. تاثیر متغیرهای اندازه بارگذاری، اندازه و جهت برش، طول ترک و زاویه ی آن ها بر روی کیفیت نتایج، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله نشان می دهد که تغییر در اندازه ی بارگذاری، نقش مهم تری را نسبت به تغییر در اندازه ی برش در تشخیص صحیح ترک دارد. برای دست یابی به بهترین نتایج در تشخیص ترک بر روی نمونه های انتخاب شده، بارگذاری بهینه در حالت حرارتی برابر 12 و 15 ثانیه از جلوی نمونه بدست آمد. همچنین اندازه بهینه ی برش در نمونه های کامپوزیتی مورد بررسی، حدود ده درصد عرض تصویر ثبت شده توسط دوربین تخمین زده شد. به کمک این مقادیر بهینه شده، تمامی ترک های زیرسطحی شناسایی شدند.

    کلیدواژگان: تداخل سنجی برشی، آزمون غیرمخرب، مواد مرکب، تشخیص ترک
  • مونا عین القضاتی، احمد عاصم پور* صفحه 19

    روش پلاستیسیته کریستالی به عنوان یک ابزار قدرتمند، بطور گسترده ای در شبیه سازی رفتار و ریز ساختار ورق های فولادی تک فاز فریتی و یا ورق های فولادی دوفاز فریتی-مارتنزیتی و فریتی-پرلیتی مورد استفاده قرار گرفته است. در این پژوهش برای اولین بار به مدل سازی 3 بعدی رفتار ورق های فولادی با سمانتیت کروی شده با قابلیت شکل پذیری بالا و بررسی تاثیر ویژگی های ریزساختار در رفتار آن با استفاده از روش اجزای محدود کریستالی پرداخته شده است. برای این منظور یک نرم افزار پیش پردازش با قابلیت شبیه سازی ویژگی های ریزساختار این نوع فولاد طراحی شد. خواص ذرات سمانتیت به صورت ترد و شکننده منظور شد. برای توصیف رفتار دانه های نرم فریت نیز بعد از اعمال بافت تصادفی به آنها، از روش پلاستیسته کریستالی و زیربرنامه هوانگ و نرم افزار آباکوس استفاده شد. بعد از کالیبراسیون و استخراج متغیرهای سخت شوندگی، به بررسی تاثیر برخی از ویژگی های ریزساختار پرداخته شد. محاسبات نشان داد که با افزایش درصد فاز سمانتیت تنش ها بطور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. همچنین تاثیر وجود بافت غالب در راستای نورد باعث کاهش تنش ها شد. نوار ذرات سمانتیت در راستای جانبی عمود بر راستای نورد نیز به علت تجمع نابجایی ها و افزایش تمرکز تنش در این منطقه باعث بالارفتن تنش های ماده می شود.

    کلیدواژگان: فولاد دوفاز، سمانتیت کروی، پلاستیسیته کریستالی، مدل سازی سه بعدی، نوار ذرات سمانتیت
  • ایمان سلیمی نژاد، محمد گلزار*، امیرحسین بهروش صفحه 20

    چاپ چهاربعدی، یک شاخه ی نسبتا نوظهور است که از چاپ سه بعدی سرچشمه گرفته است. لایه نشانی مذاب، به عنوان یکی از مرسوم ترین فرایندهای چاپ سه بعدی، به تازگی توجه بسیاری از محققین را در حوزه چاپ چهاربعدی به خود جلب کرده است. هرچند، بسیاری از جنبه های چاپ چهاربعدی با استفاده از فرایند لایه نشانی مذاب هنوز به خوبی درک و مطالعه نشده است. در این مقاله تاثیر پارامترهای مختلف فرایند شامل پارامترهای فعالسازی، چاپ و مواد بر روی انحنای نمونه های دولایه خودخم شونده مطالعه شده است. تمامی نمونه ها با استفاده از سه فیلامنت پلی لاکتیک اسید متفاوت چاپ شده اند. مشاهده شد که زمان و دمای فعالسازی، و همچنین سرعت چاپ تاثیر به سزایی بر انحنا دارند. به طوریکه افزایش دما از 70 به 130 درجه سانتیگراد، باعث افزایش چهار برابری انحنا و افزایش سرعت چاپ از 30 به 120 میلیمتر بر ثانیه باعث افزایش دو برابری انحنا شد در حالیکه افزایش فاصله نازل از میز چاپ از 1/0 به 25/0 میلیمتر منجر به کاهش 40 درصدی انحنا شد.  به علاوه، رفتار تغییرشکل نمونه ها تا حد زیادی متاثر از نوع فیلامنت استفاده شده بود. نتایج حاکی از تفاوت 9 برابری میزان انحنای ساختارهای چاپ شده با استفاده از سه نوع مختلف فیلامنت بود. مشخصه یابی مواد فیلامنت ها تفاوت معناداری در خواص مکانیکی نشان نداد، اما این تفاوت در خواص حرارتی و حرارتی-مکانیکی سه نوع فیلامنت مشاهده شد. باتوجه به نتایجی که از آزمایش های گرماسنجی روبشی افتراقی و تحلیل مکانیکی دینامیکی به دست آمد، این تفاوت ها ناشی از وجود افزودنی ها در هر نوع فیلامنت است. نتایج پژوهش حاضر کاربردهای مهمی در طراحی فرایندهای چاپ چهاربعدی با استفاده از چاپگرهای سه بعدی لایه نشانی مذاب دارد.

    کلیدواژگان: چاپ چهاربعدی، لایه نشانی مذاب، پلیمرهای حافظه شکلی، تغییرشکل، پلی لاکتیک اسید
|
  • Majid Mokhtari, Mostafa Taghizadeh *, Mahmood Mazare Page 1

    In this paper, finite-time active fault tolerant control based on adaptive back-stepping nonsingular fast integral terminal sliding mode control is proposed to control a lower limb exoskeleton in the presence of actuator fault. In order to detect, isolate and accommodate the actuator fault, a third-order super twisting sliding mode observer is used. To eliminate the chattering of conventional sliding mode, supper twisting sliding mode algorithm is applied, which leads to finite-time convergence and high precision in tracking the desired trajectories. Back-stepping term guarantees global stability based on Lyapunov theory. Upper limb motion is used to provide stability to robot's motion based on zero-moment point criterion. In order to attain maximum stability based on zero-moment point, minimize error in tracking the desired trajectories, increase the tolerance of the controller against actuator fault, controller, observer and upper limb trajectory parameters are optimally tuned based on harmony search algorithm. Performance of the proposed controller is compared with the performance of sliding mode controller with/without fault information. Simulation results reveal the effectiveness of the proposed controller in the presence of actuator fault, uncertainty and disturbance in comparison with sliding mode controller.

    Keywords: Exoskeleton, Adaptive robust Controller, Fault tolerant control, Zero moment point
  • Zohreh Mousavi, Sina Varahram, MirMohammad Ettefagh *, Morteza Sadeghi, Seyed Naser Razavi Page 2

    Since the maintenance and repairing costs of mechanical systems, such as structures and rotating machines are significantly high, one way to reduce these costs is to consider some approaches before any operational work to check for damages in such systems. In this study, a new method is presented for damage detection of offshore jacket structures in the presence of various uncertainties, such as modeling errors, measurement errors and environmental noises, based on the simulated model and intact state of the real model. In the proposed method, real intact structure data is used to update the simulated model parameters. Some parts of the signal that are not related to the nature of the system are removed using the complete ensemble empirical mode decomposition method. Frequency data is extracted from the vibrational signals using the frequency domain decomposition method. A deep auto-encoder neural network is designed to learn the damage-sensitive features from the frequency data and to damage detection of the structure. In order to train the proposed deep network, frequency data of the simulated model and real intact state are used; then the frequency data of the real structure is used to test the proposed deep network. The results show that the proposed method is capable for damage detection of the offshore jacket structure with more accurate results than the other comparative methods.

    Keywords: Condition monitoring, Offshore Jacket Structure, model updating, Deep Neural Network
  • Naserodin Sepehry *, Mohammad Ehsani, Mahnaz Shamshirsaz, Mojtaba Sadighi Page 3

    Exploiting the nonlinear nature of structural damage through piezoelectric patches is one of the latest concepts of early detection of damage. Support loosening as one of the prevalent defects in engineering systems is a source of contact acoustic nonlinearity. Vibro-acoustic modulation has proven to be a promising method for revealing structural nonlinearity characteristics. Requiring a large number of cycles to be solved in the time domain to reach the steady-state before evaluating the results in the frequency domain, makes using existing computational methods such as finite element method to model this phenomenon very expensive. This paper is concerned with a novel numerical method called Fourier spectral element to investigate the vibro-acoustic modulation in the Euler-Bernoulli beam caused by contact nonlinearity. Three piezoelectrics were attached to the beam as the probe, pump and sensor. The numerical outcomes are compared against the experimental results to check the validity of the developed method. The results show that the Fourier spectral element not only provides a high convergence rate but is also capable of simulating the phenomenon of modulation with sufficient accuracy.

    Keywords: Structural health monitoring, vibro-acoustics modulation, Contact acoustics nonlinearity, piezoelectric patches, Fourier spectral element
  • AmirHossein Barati, Mehdi Rahmani * Page 4

    This paper deals with the problem of fault detection and isolation for discrete time-varying systems with stochastic and bounded uncertainties, and in presence of noises in the plant and sensors. Faults can occur simultaneously or sequentially, so the designed filter has the ability to detect and isolate these faults, and handle the challenges posed by uncertainty and the effects of noises. In solving the problem of fault diagnosis, fault detection and isolation filter based on the robust Kalman filter are presented. For this purpose, a time-varying threshold is defined based on the upper bound of covariance of the residuals. This threshold helps in better performance and prevents misdiagnosis. In the design of the fault detector, due to the number of outputs, fault detectors are designed. Moreover, by examining the residuals of the system, some conditions are obtained, which, by applying these conditions, a robust fault isolator is achieved. Finally, using three examples, the efficiency and performance of the proposed method are shown. In the first example, the performance of the proposed method is studied in the presence of uncertainty and noise, and in the second and third examples, the performance of the method is compared with other methods and the superiority of the proposed approach in the presence of uncertainties is shown.

    Keywords: Fault detection, Fault isolation, Robust Kalman filter, Discrete-time system, Uncertainty
  • Mahnaz Mehdipoor, Habib Badri Ghavifekr * Page 5

    The use of microfluidic systems for various applications such as lab-on-chip, drug delivery, and micro chemical reactors is increasing day by day and several sensors have been provided to control and develop these microsystems. In this paper, a biosensor based on microelectromechanical systems was introduced with direct application in liquid environment for digital microfluidic systems that have the ability to be integrated with various fluidics components such as delivery, separation, and mixing. The proposed sensor comprises  semi-sized coupled microresonators which vibrate in parallel to the substrate so that it can be integrated between the plane electrodes in digital microfluidics systems. Active area of the sensor is located in the center of the structure and immobilized for capturing any special biological targets. Due to in-plane vibration of the sensor, the viscous damping is low enough to achieve measurable quality factor by resonator. The total system is simulated by finite element methods and the results demonstrate that the appropriate vibration frequency for in-plane motion of the sensor is 16.5kHz. In addition, the quality factor and mass sensitivity are 49 and 100Hz/µg, respectively, which are comparable to sensors with similar fluidics applications.

    Keywords: Microelectromechanical resonator, Digital Microfluidics, Biosensor, DAMPING
  • Amir Ayat, Amir Taghavipour * Page 6

    The most important factor in car accidents and even traffic congestion is the driving behavior of human. Analyzing the driving behavior and applying restrictions on risk-making drivers can reduce probable causalities and improve transportation safety. A hardware can collect the data related to the driving conditions and processes that information that may be useful in this regard. By analyzing the information recorded by the hardware, one can obtain an approximate prospective of the driving behavior. This prospective can distinguish a careful driver from a careless one. By collecting various data in different conditions, the accuracy of these criteria will be improved. On the other hand, the accuracy of different components of the hardware is crucial since the unexpected noises deteriorate the performance of data collection. In this research, a data analysis module is developed to record the acceleration and angular velocity of a sample vehicle to identify the driving behavior and propose quantitative criteria to distinguish aggressive and cautious drivers. In this way, one can figure out if his/her driving habits are dangerous or not.

    Keywords: Driving accidents, Driving behavior, Vehicle data logger module, Driving criteria
  • Hedyeh Mahjoub, Habib Ramezannejad Azarboni * Page 7

    In this investigation according to the nonlocal nonlinear Euler-Bernoulli beam theory, the instability and frequency sensitivity analysis of single-walled carbon nanotube conveying fluid is studied. The thermomagnetic field, residual stress and surface elasticity, viscoelastic foundation and small-scale effects on the governing equation of single-walled carbon nanotube are taken into account. The Galerkin decomposition method with the trigonometric shape functions corresponding to the standard boundary conditions including simple-simple, clamped-simple and clamped-clamped at two ends of carbon nanotube are employed to solve. The eigenvalues and critical fluid velocity in the threshold of instability of system are computed by extracting the mass, stiffness and damping matrices. The magnetic intensity, change of temperature in the cases of high and low-temperature conditions, length of nanotube, outer diameter of nanotube and small scale parameters are conceded as the input factors for sensitivity analysis. The qualitative and quantitative effects of input factors on the critical fluid velocity and natural frequencies of single-walled carbon nanotube are computed and compared with together by normalization. The results of sensitivity analysis of present work can be used for optimal or target design of single-walled carbon nanotube for different applications especially for drug delivery to kill metastatic cancer cells.

    Keywords: Single-walled carbon nanotube, Sensitivity analysis, Thermomagnetic Field, Critical Flow Velocity, Residual Stress, Surface Elasticity
  • Saber Sheikh Khoshkar, Seyed Ali Sina *, Alireza Shaterzadeh Page 8

    Vibration problems are of great importance in design and construction of electric machines which affect both of mechanical and electrical properties of these machines. In this paper, the effects of both perfect and perturbed conditions of cyclic symmetry on the vibration behavior of spinning ring under moving electromagnetic loading have been investigated. Euler-Bernoulli beam assumptions have been implemented in the modeling of structure and electromagnetic loading has been modeled with discrete springs. Using Hamilton’s principle, the governing equations of in-plane vibrations of spinning ring have been extracted. Eigen analysis of the system has been extracted using perturbation methods. The obtained results show the condition of instability for a precise value of ring angular speed versus support speed in different vibration modes. The effects of time variation of spring’s stiffness and the variation of connection angle between springs and ring on the in-plane vibration of spinning ring, have been investigated extensively. It is shown that the deviation from cyclic symmetry could eliminate the mode splitting phenomenon in some cases. The obtained results are expected to offer better predictions of the vibrational behavior of spinning rings structures under moving loads in general, and in the design of electric machines, in particular.

    Keywords: In-plane vibration, Spinning ring, cyclic symmetry, Moving electromagnetic loading, Mode splitting
  • Rasool Maroofiazar *, Maziar Fahimi Farzam, Naser Pashaei Page 9

    In this study, a method for energy harvesting from sloshing of fluids has been proposed. In the first part, voltage and electrical power are measured experimentally. A magnet is floated on the liquid in the coiled container and the system is placed on a shaker table. According to Faraday's law of induction, the movement of the magnet inside the container induces voltage in the coil. The results show that the induced voltage increases with increasing frequency and reaches its maximum value at the natural frequency of the structure and container and decreases again. Also, the inductive voltage has increased with increasing both magnet strength and height of the liquid inside the container. The highest inductive voltage and power output in this study were 850mV and 400µW, respectively. To evaluate the efficiency of the proposed method, the system was installed on a shaper machine and the induced voltage and electrical power were measured. Also, the numerical method is used to simulate and analyze the proposed system. The results show that variations of interface parameters including its pressure, are consistent with experimental data and therefore this method can be used to design and predict the performance of the energy harvester.

    Keywords: Energy harvesting, Sloshing, Faraday’s induction law, coil, Volume of Fluid Method
  • Masoud Javadi *, Vahid Khalafi Page 10

    Composite materials are widely used in modern aerospace flight vehicles, especially because of their high specific strength and lightweight than other materials. Since the study of reliability and uncertainty of composite material design variables in aeroelasticity has received less attention, in the present work the reliability of the laminated composite plate due to uncertainty in variables including elastic model, Poisson coefficient, density, thickness, and length is examined. The composite laminated plate is symmetric with different boundary conditions subjected to supersonic airflow. The classical plate theory and the first-order piston theory are utilized to derive the equation of motion. The differential quadrature method has been used to discretize and analyze the aeroelastic equations. The governing equations after discretization are solved by calculating and analyzing eigenvalues and the occurrence of the flutter phenomenon for the laminated composite plate is obtained. To examine the reliability, the distribution of random variables as a normal distribution has been used. Finally, the Monte Carlo simulation method was used for five different boundary conditions to obtain the reliability of the plate flat threshold. According to the presented results, the reliability value of the composite plate flutter threshold for the full hinge boundary condition (SSSS) will be higher than other boundary conditions and the all-bound boundary condition (CCCC) will be lower than other boundary conditions. Also, according to the studies on the condition of the fiber angle of the composite plate, it can be concluded that increasing the angle of the fiber of the composite plate increases the reliability of the occurrence of the filter threshold.

    Keywords: Laminated composite plates, Reliability, Flutter, Monte-Carlo Simulation, Differential quadrature method
  • Hamid Jafari, MohammadReza Hayeri Yazdi *, MirMasoud Seyyed Fakhrabadi Page 11

    Microtubules, polymer tubes stretched from the cell nucleus to the cell membrane, are the major parts of the cytoskeleton that provide the mechanical rigidity, organization, and shape retention for the cytoplasm of eukaryotic cells. These structures play a key role in some cellular processes such as cell division, intracellular transport, and the internal organization of cells. In all the above applications, the network structure of microtubules is the main reason for the importance of in-depth studies of their mechanical properties. In this paper, the propagation of elastic waves in periodic networks based on two-dimensional fractal microtubules of fixed mass-center triangles is analyzed. This study begins with the selection of a suitable beam model for a microtubule and examines the dynamic behavior of microtubules by creating periodic structures. To obtain dispersion curves, finite element models of microtubules and their networks are developed, and the bandgap equations are calculated based on Bloch's theory. The results show that depending on the topology of the selected unit cells as well as the considered periods, it is possible to design a frequency gap in specific ranges for the application of low and high-frequency bio-filters. This study helps researchers control or absorb some unwanted vibrations using periodic structures, and thanks to their better biocompatibility, these networks can be used in next-generation nanomechanical devices such as implantable biosensors.

    Keywords: : Microtubule, Architected structure, Bloch’s theorem, Dispersion relation, Bandgap
  • Hossein Mehmannavaz, Ali Ramezani, Gholamhossain Liaghat, Hamid Fazeli *, Mohsen Rouhbakhsh, MohammadAmin Nabakhteh Page 12

    Discrete concrete targets show more resistance to penetration against shaped charges. The purpose of this study is to simulate the penetration of shaped charge in discrete concrete targets using LS-DYNA and ANSYS-AUTODYN and compare the results. For this purpose, the simulation process for one of the experimental results is performed and the results obtained from both software are validated. Finally, the results of two software in the fields of jet velocity, penetration depth, entry diameters, middle and exit crater, and run time are compared. Application of the ALE method for jet elements and the RHT concrete model to simulate the concrete behavior at high strain rates yielded good results. Differences in numerical solution method and command differences in the interaction of the Lagrangian and Eulerian elements in two software caused the depth of penetration in ANSYS-AUTODYN to be less than the LS-DYNA and the diameters of entry, middle and exit crater in ANSYS-AUTODYN become larger than the LS-DYNA and closer to the experimental results. The results of the two software are in good agreement with the experimental results. Continuous concrete was also simulated and it was found that the penetration depth of discrete concrete was lower than continuous concrete.

    Keywords: Shaped Charge, Discrete Concrete Targets, Numerical Analysis, LS-DYNA, ANSYS-AUTODYN
  • MohammadAmin Bahrami *, Mahmood Heshmati, Saeid Feli Page 13

    In this study, the synergistic influence of reduced graphene oxide and multi-walled carbon nanotubes  on the mechanical properties of epoxy nanocomposites was investigated. In the first step, the epoxy nanocomposite specimens reinforced with 0.02, 0.04, 0.06, 0.08 and 0.1 multi-walled carbon nanotubes weight percentages fabricated using direct homogenization technique. The mechanical properties were obtained via a tensile test setup. The results showed the 35.7%, 21.7% and 12.47% increase in Young's modulus, ultimate stress and yield stress of the 0.04% multi-walled carbon nanotubes reinforced specimen. In the second step, the epoxy reinforced with 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1 reduced graphene oxide weight percentages fabricated. For the 0.6% reduced graphene oxide reinforced specimen, 37.6%, 18.1% and 13.14% increase in Young's modulus, ultimate stress and yield stress were seen. Next, the effect of different reduced graphene oxide content on 0.04% multi-walled carbon nanotubes reinforced epoxy was investigated. The obtained results demonstrated the increase in the mechanical properties of 0.04% multi-walled carbon nanotubes -0.4% reduced graphene oxide (Mixing ratio 1: 10). Due to this mixing ratio for 0.06% multi-walled carbon nanotubes -0.6% reduced graphene oxide specimen, 42.2%, 25.88% and 18.97% increase in Young's modulus, ultimate stress and yield stress were seen. The analysis of specimens' fracture surface was performed to observe the failure modes and dispersion of nanoparticles in the epoxy matrix. The results revealed that mechanical properties can change significantly by adding two different nanoparticles, simultaneously.

    Keywords: Nanocomposite, Synergistic Influence, Reduced graphene oxide, Multi-walled carbon nanotubes, Mechanical Properties
  • Bahman Taherkhani, Ali Pourkamali Anaraki *, Javad Kadkhodapour Page 14

    Auxetic structures (negative Poisson’s ratio) are a group of materials that expand (contract) under tensile (compression) longitudinal loading. In this work, the effect of re-entrant auxetic structure geometry on Poisson’s ratio was investigated under large tensile loading experimentally and numerically and showed that the location and stiffness of rotation joints are two new important parameters affecting the value of Poisson’s ratio. Poisson's ratio increases as the rotation joints tighten and move away from the center of the structure. Therefore, by changing the location and stiffness of the rotation joints, it will be easy to obtain re-entrant auxetic structures with different Poisson's ratios, which makes it possible to build piezoresistant auxetic sensors with different sensitivities. A highly sensitive, stretchable piezoresistant auxetic sensor made of silicon rubber and chopped carbon fibers is proposed for low strain values. The main feature of this sensor is its high sensitivity for strains less than 6%, which previous works have been unable to detect this range of strains. Shifting strain is the value of strain in which the Poisson's ratio of the structure changes from negative to positive. The provided auxetic sensor performs exceptionally well until the shifting strain and then performs as conventional sensors. This improvement in sensing performance is about 150% (in terms of gauge factor).

    Keywords: re-entrant auxetic structure, Piezoresistant auxetic sensors, gauge factor, deformation behavior, Sensitivity
  • Sedigheh Ranjkesh Adarmanabadi, Seyed Mahdi Hossein Farrash *, Mohammad Jafari Page 15

    In this paper, the effect of three different types of nanostructured reinforcements on the mechanical and tribological properties of nanocomposites are investigated. Carbon nanotube, nanoclay and nanographene oxide with equal weight percentages and under similar environmental conditions are added into the epoxy resin. To achieve uniformly dispersed nanoparticles within the epoxy matrix, mechanical stirring with ultra-sonication is utilized. After degassing process, tensile and wear test specimens were made according to the relative standards. Three samples of each nanocomposite were prepared and tested. Young's modulus, ultimate tensile strength, strain at break point and toughness of the specimens were extracted from the stress-strain curve using the tensile test. Dry wear test was performed at 20N, 60N and 100N loads using a disk on pin testing machine at room temperature. The results showed that in the sample containing carbon nanotubes, the ultimate stress increased by 16% and the strain at the break point increased by 27% compared to pure epoxy. Also, carbon nanotube/epoxy and nanoclay/epoxy nanocomposites showed the highest wear resistance compared to other samples, so that in the sample containing nanoclay reinforcement, a 60% decrease in the amount of wear rate was observed compared to the pure epoxy sample.

    Keywords: Nanostructured reinforcement, Nanocomposite, epoxy, Mechanical Properties, tribological behavior
  • Mojtaba Ziya Shamami, Hashem Babaei *, Tohid Mirzababaie Mostofi, Hossein Khodarahmi Page 16

    In the current research, the plastic behavior of circular plates under dynamic loading was investigated. In the experimental section, a ballistic pendulum apparatus and aluminum alloy plates were used. To investigate the deformation profile and the failure pattern of the specimens, dynamic loads were applied in a wide range from 6.49 to 24.69 Ns. To test the behavior under successive loading, each experiment was continued up to 5 loadings. Experimental observations indicate a large plastic deformation of the structure along with the thinning of the test specimens at fully clamped boundaries and the rupture of some in the same area. The results showed that with increasing the number of explosions and the charge mass, the maximum deflection increases, but the progressive deflection decreases exponentially. In the modeling section, some closed-form relations were proposed using the dimensional analysis approach to predict the maximum permanent deflection plates. In these relations, the effect of various parameters such as the plate geometry, inertia of the applied load, and strain rate sensitivity of material was considered. Comparing the results of the model with the experimental results showed that there is a very good agreement between the experimental results and the predictions of the model.

    Keywords: Intense dynamic loading, Successive loading, Circular plate, mathematical modeling, Dimensional analysis
  • Javad Ghasemi Kordlar, Javad Koohsorkhi * Page 17

    In this paper, fluorine doped tin oxide layers are created as electrodes and seeds for the growth of titanium dioxide nanorods by spray pyrolysis coating based on silicon microarrays. The coating of this layer on the fluorine-contaminated tin oxide layer is of great importance for the fabrication of nanogenerators based on barium titanate. In this paper, two methods nebulizer and hydrothermal have been used. The effect of coating temperature as well as nebulizer volume on the surface resistance of the layers has been investigated by four-point probe device. Also, the samples were subjected to identical hydrothermal conditions for the growth of nanorods and the morphology of nanostructures grown on fabricated layers by scanning electron microscope has been investigated.  The adhesion of the layers is also very important in this area and has been studied as one of the important parameters in the hydrothermal process. The results show that with this method, nanorods have grown on the side walls of the micro-machining structure, which can increase the quality of devices based on these structures. In this paper, low surface authorities up to 11 Ω / cm2 were achieved using the nebulizer method.

    Keywords: Titanium dioxide nanorods, nebulizer, Spray pyrolysis, Hydrothermal, Sheet resistance
  • Farzad Banakar, Davood Akbari * Page 18

    Shearography is one of the advanced methods of non-destructive techniques based on the interference of laser beams that have been reflected from the surface of the specimen. This method, which has high speed and accuracy, can evaluate the displacement derivative on the sample surface at once. In this paper, the possibility of sub-surface cracks detection with different lengths and angles in composite samples was investigated by shearography method and thermal stimulation system. For this purpose, in composite samples, controlled cracks were created with different lengths and angles. After calibration of the performance of the shearography setup, two heat sources of radiation were used to load samples. Loading quantity, the amount and direction of the shear, the cracks length, and their angles were chosen as the studied parameters. The results of this paper showed that the optimum loading amount plays a more critical role in the quality of the results than shear amount, and this value is related to the materials of the samples. To achieve the best results in crack detection on the selected specimens, optimum thermal loading was obtained between 12 and 15 seconds from in front of the specimen. Also, the optimum shear amount in the composite specimens was estimated at about 0.1 image width recorded by the camera. With the optimized values, all sub-surface cracks were identified.

    Keywords: Laser shearing interferometry, Shearography, Non-destructive test, composite, crack detection
  • Mona Einolghozati Page 19

    Finite element method based on crystal plasticity becomes a powerful tool in investigating mechanical properties of ferritic steel and dual phase steel. In this work, a three-dimensional, microstructure-based representative volume element method is employed for simulating the mechanical properties of the alloy steel 42CrMo4, a typical spheroidized ferrite–cementite steel. A computer program has been developed to generate automatic models considering microstructural features such as grain size, volume fraction, distribution of particles, ferrite texture and carbide bands in ferrite–cementite steel. The spheroidized cementite is generally without plastic deformation under the normal tensile test even at the fracture moment. Crystal plasticity constitutive law is employed to model the ferrite grains employing Huang’s code in Abaqus software. Material hardening parameters are determined and calibrated by comparing simulated tensile tests with experimental stress-strain curves. To study the influence of microstructure features and the capability of this method to predict the material mechanical behavior, several 3D samples including different microstructural features are modeled. The results show that when the proportion of cementite in the steel increases, the strength of the steel increases accordingly. Although in this study a random texture is assigned to crystalline aggregates, the code is capable of working with any texture data. Also, effects of ferrite grain size and carbide band which leads to the microstructure inhomogeneity and stress concentration are studied.

    Keywords: Double phase steel, spheroidized cementite, Crystal Plasticity, 3D modeling, carbide band
  • Iman Salimi Nezhad, Mohammad Golzar *, Amirhosein Behravesh Page 20

    4D printing is a relatively new branch of 3D printing. Material extrusion, as one of the most common 3D printing processes, has been recently receiving increasing attention within this area of research. There are, however, many aspects of material extrusion-based 4D printing processes that are not yet well understood. In this study, we investigated the effects of different processing parameters including the activation parameters, printing parameters, and material parameters on the curvature of self-folding bilayer specimens. All the specimens were printed using three different types of Poly-lactic acid filaments. We found that the activation time and activation temperature, as well as the printing speed, have significant effects on the resulting curvature. Moreover, the shape-shifting behavior of the specimens depended to a great extent on the type of Poly-lactic acid filament used for their printing. Characterization of the filament materials showed no significant difference in terms of mechanical properties. However, considerable differences in thermal and thermomechanical properties of the different types of filaments were observed. According to the results of differential scanning calorimetry and dynamic mechanical analysis, the differences between the different types of filaments could be traced back to their compositions including the amounts and types of additives. The results of the current study have important implications for the design of material extrusion-based 4D printing processes.

    Keywords: 4D printing, Material extrusion, SMP, shape-shifting, Poly-lactic acid