فهرست مطالب

مهندسی مکانیک امیرکبیر - سال پنجاه و چهارم شماره 2 (اردیبهشت 1401)

مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر
سال پنجاه و چهارم شماره 2 (اردیبهشت 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/02/01
  • تعداد عناوین: 12
|
  • سمیر نیسی مینایی، علی غفاری* صفحات 269-288
    تعویض خط در سرعت‏های بالا، یک مانور راهبردی جهت اجتناب از برخورد است. در این شرایط زمان امکان بروز حادثه عمدتا کمتر از s2 است؛ لذا یافتن مسیر مناسب و کنترل خودرو با کمترین هزینه زمانی از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مقاله، براساس عملکرد راننده ماهر در شرایط مشابه، مسیر مناسب و سیستم کنترلی متناسب با آن، با هدف پایداری خودرو و اجتناب از برخورد طراحی شده است. برای این منظور، با شبیه‏سازی عملکرد راننده ماهر بوسیله مدل دینامیکی 7 درجه آزادی خودرو، مسیرهای احتمالی شناسایی و با آموزش یک شبکه عصبی، مسیر نهایی انتخاب شده است. جهت هدایت خودرو از یک کنترل کننده ترکیبی، شامل: معادلات رفتاری راننده با یک سیستم شبکه عصبی پوششی و دو کنترل کننده تناسبی-مشتقی استفاده شده است. مهم ترین نوآوری های این روش، طراحی هم زمان مسیرهای پایدار با حفظ قید هندسی عدم برخورد و هزینه محاسباتی و زمانی ناچیز سیستم کنترلی و طراحی مسیر برای شرایط اضطراری است. نتایج حاصل از شبیه سازی ها نشان می‏دهد بیشترین خطای شبکه عصبی طراحی مسیر حدود 11 درصد است. همچنین سیستم کنترلی توانسته در شرایط مختلف سرعتی و اصطکاک جاده‏ای، با حداکثر خطای جابه‏جایی عرضی cm40 خودرو را هدایت و مسیر را دنبال کند.
    کلیدواژگان: اجتناب از برخورد، راننده ماهر، تعویض خط اضطراری، خودروی خودران، طراحی مسیر
  • جواد مسرور، سید حسین ساداتی*، مرتضی شهروی صفحات 289-308
    وظیفه سیستم های کاهش بارهای تندباد کم کردن بارهای وارد بر بدنه پرنده در حال عبور از اغتشاشات جوی می باشد. استفاده از کنترل فعال در حالی که هواپیما از این اغتشاشات عبور می کند باعث کاهش بارهای وارد بر سازه، کاهش شتاب در نقاط خاص هواپیما شده و کیفیت پروازی آن را بهبود می بخشد. در این مقاله پاسخ یک هواپیمای انعطاف پذیر به تندباد با در نظر گرفتن یک مدل همگیر توسعه یافته به کمک روش لاگرانژ و آیرودینامیک شبه پایا مورد بررسی قرار گرفته است. بال بصورت انعطاف پذیر و بقیه هواپیما صلب در نظر گرفته می شود. مدل توسعه یافته به عنوان یک مدل پایه شامل دو مود جسم صلب و بال انعطاف پذیر مدل شده بصورت تیر با مودهای خمشی و پیچشی در نظر گرفته شده و پاسخ به الگوهای مختلف تندباد گسسته مورد بررسی قرار گرفته است. برای کاهش بارهای ناشی از تندباد از الویتور و فلپرون استفاده شده است و با استفاده از کنترل تطبیقی عصبی بر اساس وارون دینامیک سعی در کنترل نوسانات پیچ و شتاب وارده بر هواپیما شده است. پاسخ هواپیما به تندباد در حالت حلقه باز و حلقه بسته مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: هواپیمای انعطاف پذیر، رفتار آیروالاستیک، تندباد، آیرودینامیک شبه پایا، کنترل
  • علی قاسمی زاده، مجید ساده دل* صفحات 309-332
    در این مقاله یک ربات همه جهته چهارچرخ از نوع مکانوم، مورد بررسی قرار گرفته شده است. سینماتیک و دینامیک ربات مورد بررسی قرار داده شده است، که تاثیر پارامترهای ربات و مدلسازی آن در روابط مشهود شود. با استفاده از روابط موجود در سینماتیک، کنترل رفتار مبنای ربات انجام شده است. هدف این است که ربات به موقعیت مطلوبی با حضور موانع با این روش کنترل برسد. در بخش سینماتیک روابط بین سرعت چرخ های ربات و سرعت خود ربات بررسی شده است. و در بخش دینامیک روابط موجود بین نیروها و شتاب هر چرخ مورد بررسی قرار گرفته است تا گشتاور لازم برای هر چرخ محاسبه شود. نو آوری کار انجام شده در روش کنترل ربات است. با استفاده از روش الگوریتم کنترل رفتار مبنا ربات بایستی با عبور از موانع و تغییر وضعیت بین هر رفتار به نقطه هدف برسد. از آن جایی که این نوع ربات دارای حرکت سه درجه آزادی در صفحه است، می خواهیم حرکت دورانی ربات را مستقل از حرکت خطی آن بررسی کنیم. بنابراین در طی حرکت ربات و رسیدن به هدف، جهت گیری ربات بایستی همواره به سمت نقطه متحرکی جدای از نقطه هدف باشد. در نهایت به مدلسازی موتور جریان مستقیم در ربات پرداخته شده تا سرعت واقعی چرخ ها و گشتاور آن ها به دست آید.
    کلیدواژگان: ربات متحرک، ربات های همه جهته، ربات چهارچرخ مکانوم، کنترل رفتار مبنا
  • علی حسینی سالاری، حسین میرزایی نژاد*، مجید فولادی ماهانی صفحات 333-356
    بار عمودی روی تایر از عوامل تاثیرگذار بر عملکرد خودرو است. پارامترهای زیادی بر بار عمودی تایر تاثیر می گذارند، ازجمله مهم ترین آن ها می توان به جرم خودرو، موقعیت مرکز جرم خودرو همچنین دینامیک و حالت های خودرو حین مانور اشاره کرد. در این مقاله الگوریتم جدیدی جهت تخمین در لحظه مقدار نیروی عمودی لحظه ای تایر توسعه داده شده است. در گام اول، داده های ماژول اندازه ده دینامیکی و شبکه عصبی مصنوعی به کار گرفته شده است. به منظور ایجاد داده مصنوعی و همچنین استفاده در گام های بعدی تخمین مدل تلفیقی نرم افزاری-سخت افزاری توسعه داده شد. در این مدل یک سخت افزار اندازه ده جایگزین مدل سازی تایر و جاده شده است. الگوریتم شامل بلوک مربوط به دینامیک رول و پیچ خودرو است که با ساختار چندلایه شبکه های عصبی مصنوعی آموزش داده شده اند. خروجی بلوک های شبکه عصبی، توزیع بار استاتیک روی هر تایر خودرو است که توسط مدل توسعه داده شده، در هر لحظه پایش می شود. در گام دوم الگوریتم، به منظور تخمین مقدار انتقال بار حین مانور در خودرو، مدل تلفیقی سخت افزاری-نرم افزاری به کار گرفته شده است تا مقدار لحظه ای بار عمودی روی هر تایرها محاسبه گردد. مقایسه نتایج بدست آمده از الگوریتم پیشنهادی و مقدار خروجی مدل مرجع اعتباردهی شده در نرم افزار کارسیم، نشان دهنده دقت قابل قبول و عملکرد مناسب این روش است.
    کلیدواژگان: مدل سخت افزاری-نرم افزاری، تخمین جرم، شبکه عصبی مصنوعی، دینامک رول و پیچ، نیروی عمودی تایر
  • مریم محمدجانی، امیررضا عسکری* صفحات 357-376
    اخیرا ثابت شده است علاوه بر ریزسازه های دارای خمیدگی اولیه، میکرو ورق های مسطح تحت فشار نیز می توانند ناپایداری واجهش را تجربه کنند. با توجه به کاربرد های بالقوه ی این میکروصفحات در طراحی سنسور های فوق حساس، هدف این مقاله بررسی رفتار دوپایدار چنین سازه هایی هنگام ترکیب آن ها با یک لایه ی پیزوالکتریک است. بدین منظور از تئوری تنش کوپل بهبود یافته به همراه مدل صفحه ی غیرخطی کیرشهف استفاده می شود. با استفاده از روش گالرکین، معادلات کاهیده شده تعادل و پایداری حاصل می گردند. سپس با حل همزمان این معادلات، نقاط بحرانی مسیر تعادل میکرو ورق تعیین می گردند. یافته های حاضر با نتایج موجود در منابع مقایسه و تایید می شوند. در ادامه تاثیر تحریک پیزوالکتریک بر پاسخ دوپایدار سیستم بررسی می گردد. نتایج نشان می دهند شکل مسیر تعادل و همچنین تعداد و موقعیت نقاط بحرانی آن با اعمال ولتاژ پیزوالکتریک شدیدا تحت تاثیر قرار می گیرند. مقاله حاضر برخلاف مطالعات پیشین نشان می دهد، اعمال ولتاژ پیزوالکتریک مثبت همواره باعث کاهش آستانه ی ناپایداری کشیدگی سیستم نمی شود و گاهی اوقات تحت تحریک مقادیر بزرگ فشار دیفرانسیلی، می تواند باعث افزایش آن گردد. همچنین نتایج حاکی از آنند که با اعمال ولتاژ پیزوالکتریک مثبت، ناحیه ی واجهش منبسط و با اعمال مقادیر منفی، این ناحیه منقبض می گردد. نتایج حاضر می تواند برای مهندسان صنعت سیستم های میکروالکترومکانیکی بسیار مفید باشد.
    کلیدواژگان: سیستم های میکروالکترومکانیکی، فشار دیفرانسیلی، ناپایداری واجهش، مواد پیزوالکتریک
  • مهشاد رستگارمقدم*، مجید رجبی، سید داود نیکخوی تنها صفحات 377-390
    وجود عیب در اتصالات چسبی یک مسئله مهم در ساخت سازه های فضایی می باشد. در این مقاله با استفاده از امواج لمب، ویژگی های مناسب جهت شناسایی اندازه و موقعیت عیوب اتصالات چسبی به دست آمده است. با استفاده از شبیه سازی المان محدود به بررسی اثر عیب بر انتشار امواج لمب پرداخته شده است. شبیه سازی برای سه ضخامت متفاوت چسب، سه سایز متفاوت عیب دایره ای در 9 موقعیت مختلف صورت گرفته است و تاثیر هر یک از آنها بر موج عبوری از اتصال بررسی شده است. سیگنال های به دست آمده از اتصالات معیوب با سیگنال حاصل از اتصال سالم مقایسه گردیده و ناحیه موردنظر جهت تحلیل های بعدی از کل سیگنال دریافتی جدا شد. تفکیک مناسب و صحیح عیوب نیازمند یافتن مشخصه هایی مناسب برای آن است به همین جهت 34 ویژگی جهت ایجاد تمایز و تفکیک عیوب بررسی گردید. در ادامه با فراهم آمدن پایه های ایجاد الگوهایی مناسب برای تفکیک عیوب، از شبکه عصبی استفاده شد. درصد تشخیص صحیح شبکه عصبی برای تفکیک ضخامت چسب 93/8 درصد، برای تفکیک مساحت عیوب از منظر اندازه 100 درصد و برای تفکیک موقعیت عیب در دو محور افقی و عمودی به ترتیب 96/1 و 95/1 درصد به دست آمد. نتایج به دست آمده نشان دهنده کارایی روش تکامل فاصله بهبودیافته و ویژگی های انتخاب شده جهت تفکیک عیوب این گونه از اتصالات است.
    کلیدواژگان: ارزیابی غیر مخرب، موج لمب، اتصال چسبی، پایش وضعیت، شبکه عصبی
  • محمد ضیافت دوست عابد، راهب غلامی وسمه جانی*، رضا انصاری خلخالی صفحات 391-414
    در این مطالعه، ارتعاشات آزاد ورق های نانوکامپوزیتی متخلخل مدرج تابعی تقویت شده با نانوتراشه های گرافنی در اشکال هندسی مستطیلی، مثلثی و بیضوی بر روی بستر الاستیک در شرایط مرزی مختلف مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرد. از تئوری ورق مرتبه اول برشی برای مدلسازی ورق و از مدل پاسترناک برای مدلسازی بستر الاستیک استفاده می شود. سه نوع توزیع نانو تراشه گرافنی و سه نوع توزیع تخلخل در راستای ضخامت برای ورق نانوکامپوزیتی در نظر گرفته می شود. خواص موثر مادی نانوکامپوزیت با استفاده از یک مدل میکرومکانیکی بدست می آید. با نوشتن فانکشنال انرژی سیستم و بکارگیری روش تحلیلی پی ریتز، نتایج عددی برای بررسی اثرات ضریب تخلخل، درصد وزنی نانوتراشه های گرافنی، پارامترهای بستر الاستیک و همچنین نسبت طول به عرض و ضخامت ورق بر فرکانس طبیعی ارائه می شود. نشان داده می شود که ورق با الگوی توزیع تخلخل غیریکنواخت و متقارن نوع اول و چیدمان نوع اول نانوتراشه های گرافنی دارای بیشترین فرکانس طبیعی است. همچنین، با افزایش ضریب تخلخل، فرکانس طبیعی ورق برای تمامی الگو های توزیع نانوتراشه های گرافنی کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، ورق های نانوکامپوزیتی متخلخل، ورق های با اشکال مختلف، بستر الاستیک، روش پی ریتز
  • سید امیر صفی پور، محمود حشمتی* صفحات 415-432
    در این پژوهش جدایش بین لایه ای ورق های کامپوزیتی موجدار ساخته شده از الیاف شیشه تک جهته و رزین پلی استر مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه ها با فرآیند لایه چینی دستی و مطابق با استاندارد  ساخته شده  و با استفاده از تست های آزمایشگاهی، نرخ انرژی کرنشی آزاد شده در مود یک با روش های رایج در زمینه شکست بین لایه ای، برای نمونه های موج دار کامپوزیتی محاسبه شده است. همچنین به کمک نرم افزار آباکوس و با خواص مکانیکی الیاف تک جهته شیشه/پلی استر، شبیه سازی نمونه ها بعنوان تیر یکسرگیردار دولبه انجام شده و نتایج حل عددی نیز بدست آمده است. سطوح شکست نمونه های آزمایشگاهی با میکروسکوپ الکترونی روبشی تحلیل و بررسی شده است و نمودارهای نیرو جابه جایی حاصل از تست های آزمایشگاهی و شبیه سازی های عددی جهت بررسی رفتار ماده و محاسبه نرخ انرژی کرنشی آزاد شده برای نمونه های مختلف با سه طول پیش ترک ایجاد شده مورد مقایسه قرارگرفته است. نتایج نشان می دهد که ورق های موجدار در مقایسه با ورق های تخت، از مقاومت به رشد ترک بالاتر، نرخ انرژی کرنشی آزاد شده و چقرمگی شکست بین لایه ای بیشتری برخوردارند و نمونه چهار موج در طول ترک 60 و 65 میلیمتر دارای بالاترین مقدار نرخ انرژی کرنشی آزاد شده به ترتیب برابر 963/77 و705/95 ژول بر متر مربع می باشد.
    کلیدواژگان: ورق های کامپوزیتی موج دار، جدایش بین لایه ای، چقرمگی شکست، انرژی کرنشی، مود یک شکست
  • مهران روغنی، حسام روحی* صفحات 433-449

    در این مقاله، به کمک تئوری کوپل ترموالاستیسیته تعمیم یافته لرد-شولمن و با در نظر گرفتن اثرات غیرخطی حرارتی، رفتار ترموالاستیک دیسک های حلقوی ساخته شده از مواد مدرج تابعی تحت شوک حرارتی داخلی مورد بررسی قرار می گیرد. بدین منظور، ابتدا معادلات حاکم بر مساله در چارچوب دستگاه مختصات قطبی استخراج می شوند. لازم به ذکر است که برای استخراج معادلات حاکم، معادله انرژی در فرم اصلی غیرخطی خود در نظر گرفته خواهد شد. سپس، فرایند حل عددی مساله به کمک روش تربیع دیفرانسیلی تعمیم یافته ارائه خواهد شد. در بخش نتایج، اثرات پارامترهای مهمی نظیر اندیس ماده مدرج تابعی و بزرگی شوک حرارتی اعمالی بر انتشار موج ترمومکانیکی در دیسک مورد مطالعه قرار می گیرند. نتایج نشان می دهند که با افزایش اندیس ماده مدرج تابعی، بزرگی جابجایی و تنش ها در گذر زمان کاهش می یابند. همچنین، با ارائه نتایج برای مقادیر مختلف بزرگی شوک حرارتی معلوم گردید در مقادیر بالای شوک حرارتی انجام یک تحلیل غیرخطی حرارتی ضروری است. علاوه بر این آشکار شد که با کاهش زمان آسایش، نوسانات دما کاهش می یابد و با افزایش این پارامتر، دامنه تغییرات دما افزایش می یابد، در حالی که فرکانس نوسانات کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: ماده مدرج تابعی، روش تربیع دیفرانسیلی تعمیم یافته، دیسک حلقوی، ترموالاستیسیته تعمیم یافته، شوک حرارتی
  • مجتبی ذوالفقاری*، یگانه جعفرکلهری، حامد حیدری، وحید طهماسبی، مهدی صفری صفحات 451-463

    نانوکامپوزیت های پایه منیزیم به طور گسترده در صنایع هوافضا، خودروسازی و پزشکی استفاده می شوند. با توجه به خواص ویژه نانولوله بور نیترید، این نانولوله نقش مهمی در تقویت نانو کامپوزیت ها ایفا می نماید. در این پژوهش نانوکامپوزیت منیزیم به وسیله ی نانولوله ی بور نیترید تقویت شده و خواص مکانیکی این نانوکامپوزیت ها تحت بارگذاری کششی تک محوره، در راستای محوری نانو لوله، با روش دینامیک مولکولی توسط نرم افزار لمپس بررسی شده است. همچنین ضرایب تابع پتانسیل بین اتمی اتم های منیزیم، با استفاده از قانون ترکیب و داده های استخراج شده توسط نرم افزار گوسین، محاسبه شده است. نتایج شبیه سازی های دینامیک مولکولی حاکی از بهبود خواص مکانیکی نانوکامپوزیت فلزی پایه منیزیم به دلیل اضافه نمودن نانولوله های بور نیترید می باشد. وجود استحکام دهنده نانولوله ی بور نیترید (0،12) ,(0،14) ,(0،16) و (0،18) به عنوان تقویت کننده ی زمینه ی منیزیم، سبب افزایش مدول الاستیک نانوکامپوزیت ها به ترتیب به میزان 13، 14/9، 16/2 و 17 درصد نسبت به منیزیم خالص شده است. نتایج دیگر این تحقیق حاکی از آن است که رفتار الاستیک نانوکامپوزیت مستقل از تغییرات نرخ کرنش است. هم چنین با انجام این شبیه سازی در محدوده وسیعی از دما، تغییرات آشکاری در خواص مکانیکی نانو کامپوزیت در دماهای مختلف بدست آمده است.

    کلیدواژگان: دینامیک مولکولی، نانوکامپوزیت، منیزیم، نانولوله ی بور نیترید
  • محمدرضا کاجی، جمشید پرویزیان*، محمد سیلانی، هانس ورنر ون د وین صفحات 465-479

    در سال های اخیر با ظهور انقلاب صنعتی چهارم و توسعه فناوری های هوش مصنوعی، رویکردهای نوینی در زمینه نگه داری و تعمیر افزارگان معرفی شده اند؛ که از آن جمله می توان به همزاد دیجیتال اشاره نمود. اولین گام برای ایجاد همزاد دیجیتال یک افزار، ساخت شاخص های کمی و کیفی است که برای توصیف لحظه ای افزار در طی مدت بهره برداری به کار می رود. در این پژوهش یک روش نوین برای ساخت شاخص سلامت افزارگان براساس اندازه گیری ارتعاشات و مدل های یادگیری عمیق معرفی شده است. برای این منظور داده های ارتعاشی خام تجهیز با استفاده از تبدیل موجک پیوسته به تصاویر دوبعدی تبدیل خواهند شد. سپس با استفاده از یک مدل یادگیری عمیق، میزان تفاوت تصاویر وضعیت سالم و معیوب افزار تشخیص داده شده و شاخص سلامت ایجاد می شود. مدل ارائه شده می تواند به صورت خودکار شاخص سلامت را ایجاد نماید و نیازمند دانش متخصص خبره برای تفسیر نتایج آنالیز ارتعاشی نیست. همچنین، آموزش مدل یادگیری عمیق به صورت بدون نظارت بوده و تنها با استفاده از داده های ارتعاشی وضعیت سالم تجهیز صورت می پذیرد و بنابراین نیازمند داده های خرابی پیشین نیست. عملکرد مدل پیشنهادشده توسط داده های ارتعاشی یاتاقان مورد ارزیابی قرارگرفته که نشان از توانایی قابل قبول شاخص سلامت در تشخیص آغاز خرابی و چگونگی روند رشد آن دارد.

    کلیدواژگان: پایش وضعیت، هوش مصنوعی، یادگیری عمیق، آنالیز ارتعاشات، همزاد دیجیتال
  • سیدمحمود موسوی، امجد سازگار*، وحید فلاح پور صفحات 481-490
    امروزه استفاده از مواد کامپوزیتی در صنایع مختلفی هم چون هوافضا، حمل و نقل، ساختمان و... رو به افزایش است. بنابراین درک صحیح از فرایندهای تولید و مونتاژ قطعات تولید شده با این مواد امری اجتناب ناپذیر است. یکی از فرآیندهای مهم و پرکاربرد در مونتاژ قطعات کامپوزیتی، ماشینکاری است. این فرآیند شامل دو دسته فرآیندهای سنتی و نوین ماشینکاری بوده که سنگزنی از رایج ترین روش های سنتی می باشد. پارامترهای ماشینکاری مختلفی همچون سرعت چرخش سنگ، سرعت پیشروی، عمق برشی، مشخصات قطعه کار، اندازه و جنس ذرات ساینده و هندسه سنگ بر کیفیت ماشینکاری تاثیرگذار است. در این مطالعه تاثیر پارامترهای سنگزنی شامل نرخ پیشروی، عمق برشی، راستای الیاف و اندازه ذرات ساینده بر زبری سطح کامپوزیت تقویت شده با الیاف کربن مورد بررسی قرارگرفته است. قطعات از جنس الیاف کربن-اپوکسی بوده اند. آزمایشات با نرم افزار مینی تب نسخه 19 و به روش سطح پاسخ طرح ریزی شدند. نتایج نشان دادند که اندازه ذرات و عمق برش موثرترین پارامترها بر زبری سطح می باشند. پس ازآن نرخ پیشروی و راستای الیاف در مراتب بعدی اهمیت قرار دارند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز تاییدکننده نتایج می باشند. در پایان پیشنهاد شد برای روتراشی کامپوزیت از سنگ با دانه بندی زبر، عمق برش 50 میکرومتر، نرخ پیشروی 200 میلیمتر بر دقیقه و عمود بر الیاف استفاده شود تا به زبری کم تر از 0/5 میکرومتر دست یافت.
    کلیدواژگان: کامپوزیت تقویت شده الیاف کربن، سنگزنی، زبری سطح، عمق برشی، نرخ پیشروی
|
  • Samir Neisy Minaee, Ali Ghaffari * Pages 269-288
    Lane Change at high speeds is a strategic maneuver to avoid the collision. In this situation, The time of an accident possibility is mainly less than two seconds. therefore, finding the proper trajectory and control of the vehicle is crucial at the lowest cost. In this paper, based on a skilled driver’s performance in a similar situation, a proper path and corresponding appropriate control system was designed aiming at vehicle stability preserving and collision avoidance. To this purpose, possible paths were simulated and identified using the vehicle's seven degrees of freedom model and applying the driver’s behavior. A neural network system was trained; then, the trajectory was chosen. A hybrid controller was hired for the vehicle navigation, consisting of the driver's performance pattern with a covering neural network and two proportional derivative controllers. The Novelties of this method are the simultaneous design of a stable path while maintaining geometric constraints and the low computational burden of the path planning and control system. The results show that the highest neural network error is about 11%. Also, the control system has been able to steer the vehicle and follow the trajectory with 40cm maximum lateral displacement error in the speed and road friction different conditions.
    Keywords: Autonomous Vehicle, Collision Avoidance, Skilled Driver, Emergency Lane Change, Path Planning
  • Javad Masrour, S.Hossein Sadati *, Morteza Shahravi Pages 289-308
    Concerns about aircraft gust disturbance have increased not only because of the design cases that are not primarily structural but also because of gust influence on aircraft handling qualities and flight controllability. Load alleviation system duty is reducing loads caused by a gust on aircraft. Using active control when crossing gust causes alleviation of loads on aircraft and improves ride quality. In this paper gust response of a flexible aircraft has been simulated by using the Lagrange equation and quasi-steady aerodynamics. Wing has been considered as flexible and other parts have been considered rigid. Two degrees of freedom in pitch and plunge of rigid mode have been considered and the elastic wing has been modeled as a beam with torsion and bending. Gust responses with different profiles have been analyzed. Then by using elevators and aileron gust loads have been reduced. Feedback control has been used to decrease the pitch and heave acceleration of the aircraft. Closed and open-loop response to gust has been compared and it has been shown that pitch oscillations have been damped very well by elevator. Then by using elevators and flaperon gust loads have been reduced by using neural networks adaptive controller and classic controller. Comparison has been made between closed-loop and open loop response to gust.
    Keywords: Flexible Aircraft, Quasi-Steady Aerodynamics, Gust Load Alleviation
  • Ali Ghasemi Zade, Majid Sadedel * Pages 309-332
    In this paper, a four-wheeled omnidirectional robot of the mecanum type is investigated. In this study, the kinematics and dynamics of the robot have been analyzed, emphasizing the influence of parameters and models on equations. The robot-based behavior control is carried out by applying kinematic equations. This method of control will enable the robot to reach its desired position despite obstacles. This method of control will enable the robot to reach its desired position despite obstacles. The work done in the robot control method is the main contribution of this study. This control method uses a behavior-based algorithm to guide a robot toward a target point by bypassing obstacles and selecting appropriate behaviors. We are interested in investigating the rotational motion of this robot, independent of its linear motion since it has three degrees of freedom on the plane. Therefore, during the movement of the robot and reaching the goal, the robot should always be oriented towards a moving point separate from the target point. The results show that this method gives a good estimate of the robot speed and the speed of the robot wheels and their torque.
    Keywords: Mobile Robot, Omnidirectional Mobile Robot, Four-Wheeled Mecanum Robot, Behavior-Based Control
  • Ali Hosseini Salari, Hossein Mirzaeinejad *, Majied Fooladi Mahani Pages 333-356
    Tire online normal force has effects on vehicle safety and performance and dynamic control systems. It is influenced by too many parameters such as vehicle mass and center of gravity position and vehicle instantaneous dynamics states. In this paper, a new estimation algorithm is developed to estimate tires’ online normal forces during a maneuver. The proposed algorithm uses a dynamic measure module to make a hardware-software coupled model which is validated by real test data. The algorithm uses artificial neural networks advantages to estimate the vehicle mass distributions. A combination of real and model-generated data is used to train, test, and validate the artificial neural network structure. By applying two roll and pitch artificial neural network blocks, it estimates tires’ static normal forces. In this respect, the validated vehicle model instantaneously monitors the estimated values. The results show that the proposed algorithm estimates the vehicle total mass with less than 5 percent. In addition, the coupled model uses the estimated static values to estimate the tire's online normal forces with considering the measured vehicle dynamics states by dynamic module. Comparing the obtained results from the proposed method with the outputs from Carsim indicates the acceptable accuracy of this method.
    Keywords: Mass Estimation, Artificial Neural Network, Roll, Pitch Dynamics, Online Tire Force
  • Maryam Mohammadjani, Amir Reza Askari * Pages 357-376
    Recently, it has been substantiated that besides initially curved micro-structures, pressurized flat micro-plates can also experience snap-through instability. Given the potential applications of these micro-plates in designing high-sensitive sensors, the present work aims to investigate the bi-stable behavior of such structures when they are integrated with a piezoelectric layer. To this end, the modified couple stress theory together with the geometric nonlinear Kirchhoff plate model are employed. Hiring Galerkin’s method, the reduced governing equilibrium, and stability equations are then achieved. The limit points associated with the micro-plate equilibrium path are then determined through the simultaneous solution of these equations. The present findings are compared and validated by available results in the literature. The influence of the piezoelectric actuation on the bi-stable response of the system is then investigated. The results reveal that the shape of the micro-plate equilibrium path and the number and the position of its limit points can seriously be affected by applying the piezoelectric voltage. Despite the previous studies, the present paper shows that applying positive piezoelectric voltage does not decrease the pull-in threshold of the system all the time and can sometimes increase it when the micro-plate undergoes large differential pressures. Furthermore, the results reveal that applying positive piezoelectric voltages expands the snapping zone while negative ones downsize this region. The present results can be very useful for micro-electromechanical system engineers.
    Keywords: Micro-Electromechanical System, Differential Pressure, Snap-Through Instability, Piezoelectric Materials
  • Mahshad Rastegarmoghaddam *, Majid Rajabi, Seyed Davoud Nikkhouy Tanha Pages 377-390
    Defects in adhesive joints are an important issue in the construction of space structures. In this paper, using lamp waves, suitable properties have been obtained to identify the size and position of the defects of the adhesive joints. Using finite element simulations, the effect of the defect on the propagation of the lamp waves has been investigated. Simulations have been performed for three different adhesive thicknesses, three different sizes of circular defects in 9 different positions, and the effect of each of them on the wave passing through the joint has been investigated. The signals obtained from the faulty connections were compared with the signal obtained from the healthy connection and the desired area was isolated from the total received signal for further analysis. The proper and correct separation of defects requires finding suitable characteristics for it. Therefore, 34 features were examined to differentiate and separate defects. Then, the neural network was used to provide the basis for creating appropriate patterns for the separation of defects. The percentage of correct detection of neural network for adhesive thickness separation was 93.8%, for defect area separation in terms of size 100% and for defect position separation in X and Y axes were 96.1 and 95.1%, respectively. The obtained results show the efficiency of the improved distance evolution method and the features selected to distinguish the defects of such connections.
    Keywords: Non-Destructive Evaluation, Limb Wave, Adhesive Bonding, Status Monitoring, Neural Network
  • Mohammad Ziyafat Doust Abed, Raheb Gholami *, Reza Ansari Pages 391-414
    In this study, the free vibrations of functionally graded graphene platelet-reinforced porous nanocomposite plates with various shapes such as rectangular, elliptical, and triangular ones embedded on an elastic foundation are analyzed. To mathematically model the considered plate and elastic foundation, the first-order shear deformation plate theory, and Pasternak model are used, respectively. Three types of graphene nanoplatelet distribution patterns and porous dispersion types through the thickness are considered for the nanocomposite plate. To obtain the effective material properties of the considered nanocomposite, a micromechanical model is employed. Then, the energy functional of considered functionally graded graphene platelet-reinforced porous nanocomposite plates are expressed, and the analytical P-Ritz method is used to solve the vibration problem corresponding to different shapes and boundary conditions, the influences of porosity coefficient, the weight fraction of graphene nanoplatelets, elastic foundation coefficients and also the lengths-to-width and -thickness ratios on the natural frequency are analyzed. It is illustrated that the plate with non-uniform and symmetric of first type porosity distribution pattern and the first type graphene nanoplatelets has a higher natural frequency. Also, by increasing the porosity coefficient, the natural frequency of the plate associated with all patterns of graphene nanoplatelets is reduced.
    Keywords: Free Vibration, Porous Nanocomposite Plates, Plates With Various Shapes, Elastic Foundation, P-Ritz Method
  • Sayed Amir Safipour, Mahmood Heshmati * Pages 415-432
    In this study, delamination of the corrugated composite plates made of unidirectional glass fibers and polyester resin has been investigated. The samples are fabricated by hand lay-up process based on the ASTM-D5528 standard. Using experimental tests, the strain energy release rate in mode I has been calculated for composite corrugated specimens by the prevalent method of interlaminar failure. Also, the samples were simulated as a double cantilever beam by Abaqus software, and the mechanical properties of unidirectional glass/polyester composite and the results of the numerical solution are also obtained. Fracture surfaces of experimental samples were analyzed by scanning electron microscope. Force-displacement curves obtained from experimental and numerical methods have been compared to find the material behavior and calculate the strain energy release rate for different samples with three pre-crack lengths. The results show that the corrugated composite plates have a higher interlaminar fracture toughness rather than flat samples and the four-wave sample with a crack length of 60 and 65 mm has the highest values of the strain energy rate released, equal to 963.77  J/m2 and 705.95  J/m2, respectively.
    Keywords: Corrugated Composite Plates, Delamination, Fracture Toughness, Strain Energy, Failure Mode I
  • Mehran Roghani, Hessam Rouhi * Pages 433-449

    In this paper, using the coupled Lord-Shulman generalized thermoelasticity theory and considering the nonlinear thermal effects, the thermoelastic behavior of annular disks made of functionally graded materials under internal thermal shock is investigated. To this end, the governing equations of the problem are first derived within the framework of the polar coordinates system. It should be noted that the energy equation is kept in its original nonlinear form in this derivation process. The solution procedure is then presented based on the generalized differential quadrature method. In the numerical results, the effects of important parameters such as functionally graded index and magnitude of applied thermal shock on the propagation of thermomechanical waves in the disks are studied. The results show that with increasing the functionally graded index, displacement and stress decrease as time evolves. Also, with presenting results for various magnitudes of thermal shock it is shown that conducting a nonlinear thermal analysis is necessary when the thermal shock magnitude is considerable. In addition, it is revealed that the fluctuations in the temperature are reduced as the relaxation time decreases. Moreover, increasing this parameter leads to temperature variations, whereas the frequency of the system decreases.

    Keywords: Functionally Graded Material, Generalized Differential Quadrature Method, Annular Disk, Generalized Thermoelasticity, Thermal Shock
  • Mojtaba Zolfaghari *, Yeganeh Jafarkalhori, Hamed Heydari, Vahid Tahmasbi, Mahdi Safari Pages 451-463

    Magnesium-based nanocomposites are widely used in the aerospace, automotive, and medical industries. Due to the special properties of boron nitride nanotubes, these nanotubes play an important role in strengthening nanocomposites. In this research, magnesium nanocomposites are reinforced by boron nitride nanotubes and the mechanical properties of these nanocomposites under uniaxial tensile loading in the axial direction of the nanotubes have been investigated by the molecular dynamics method by Lammps software. Also, the coefficients of the atomic potential function of magnesium atoms have been calculated using the law of composition and the data extracted by Gaussian software. The results of molecular dynamics simulations show the improvement of mechanical properties of magnesium-based metal nanocomposites due to the addition of boron nitride nanotubes. The presence of boron nitride (0,12), (0,14), (0,16) and (0,18) nanotube reinforcers as magnesium field reinforcers increased the elastic modulus by 13, 14.9, 16.2 and 17 percent. Other results of this study indicate that the elastic behavior of nanocomposites is independent of strain rate changes. Also, by performing this simulation over a wide range of temperatures, obvious changes in the mechanical properties of the nanocomposite at different temperatures have been obtained.

    Keywords: Molecular Dynamics, Nanocomposite, Magnesium, Boron Nitride Nanotube
  • Mohammadreza Kaji Esfahani, Jamshid Parvizian *, Mohammad Silani, Hans Wernher Van De Venn Pages 465-479

    In recent years, with the advent of the Fourth Industrial Revolution concepts and the development of artificial intelligence technologies, new approaches such as the digital twin have been introduced. In a digital twin, a virtual counterpart of the physical system during its whole life is created, with abilities such as analyzing, evaluating, optimizing, and predicting. The first step in creating a digital twin model is to construct a (multi) digital health indicator that describes different aspects of the physical component state during the whole life of the component. In this research, a new method for constructing health indicators based on vibration measurement and a deep learning model has been introduced. For this purpose, the Continuous Wavelet Transform was used to convert the raw vibration signals into two-dimension images; Then, the deep learning model was used to extract features from the images and the health indicator is constructed based on the differences of the images in normal and failure stages. In this article, various Autoencoder architectures are discussed, and it is demonstrated that the Convolutional Autoencoder has better performance in terms of detecting incipient faults. The performance of the proposed model is evaluated by the vibration data of the bearing, and the constructed health indicator exhibited a monotonically increasing degradation trend and had good performance in terms of detecting incipient faults.

    Keywords: Condition Monitoring, Artificial Intelligence, Deep Learning, Vibration Analysis, Digital Twin
  • Seyed Mahmoud Mousavi, Amjad Sazgar *, Vahid Fallahpour Pages 481-490
    Today, the usage of composite materials in various industries such as aerospace, transportation, construction, etc. has increased. Therefore, an adequate understanding of the production processes and assembly of these materials is inevitable. Machining is one of the common processes in assembling composite parts. This process includes two categories of traditional and non-traditional machining processes and grinding is one of the traditional methods. Grinding is one of the applicable machining processes for the finishing of composite parts. Many parameters such as feed rate, depth of cut, tool geometry, fiber direction, and abrasive particles material and size are effective on the machined surface. In this study, the effect of grinding parameters including feed rate, depth of cut, abrasive particles size, and fiber orientation on the surface quality of Carbon Fiber Reinforced Polymer has been evaluated. The experiments were designed by Response Surface Method in Minitab software V.19. The results showed that abrasive particles' size and depth of cut are the most effective parameters on the machined surface roughness. The feed rate and fiber direction are of secondary importance, respectively. Also, the scanning electron microscopy images confirm these results. Finally, it was suggested to use 50µm of the depth of cut, 200mm/min of feed rate, perpendicular to fiber direction and course abrasive particle to achieve a roughness of less than 5µm.
    Keywords: Carbon Fiber Reinforced Composite, Grinding, Surface Roughness, Depth Of Cut, Feed Rate