مهندسی مکانیک امیرکبیر (امیرکبیر)
سال:1395 | دوره:48 | شماره:2 |تعداد مقالات:15

در این مقاله، هدف، طراحی کنترل کننده ردیاب تحمل پذیر خطا برای زیر سیستم کنترل وضعیت یک ماهواره با معادلات دینامیک غیرخطی می باشد. وظیفه این کنترل کننده، حفظ پایداری و عملکرد مناسب سیستم حلقه بسته در هنگام بروز آسیب ناشناخته در عملگر، در حضور اغتشاش خارجی کراندار و محدودیت دامنه ورودی است. مبنای این کنترل کننده بر پایه کنترل ساختار متغیر بوده و با استفاده از روش مستقیم لیاپانوف، کرانداری غایی سیگنال های خطای حالت اثبات شده است. کنترل کننده پیشنهادی، بر خلاف سایر روش های موجود، به اطلاعات دقیق آسیب وابسته نبوده و تنها در روند طراحی آن، از کران کمینه و بیشینه آسیب، استفاده شده است. همچنین به جهت خواص جبری مناسب و عدم وجود تکینگی در نمایش وضعیت به کمک کواترنیونها، استفاده از این پارامترها در دستور کار قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی، نشان از عملکرد مناسب کنترلکننده پیشنهادی در حضور اغتشاش خارجی و آسیب ناشناخته موجود در عملگر دارد.

به منظور طراحی سیستم های میکرو-نانوالکترومکانیکی، آگاهی از اثرات میرایی ترموالاستیک برروی ویژگی های ارتعاشی مثل فرکانس تشدید و حساسیت فرکانسی امری ضروری است. در این مقاله اثر میرایی ترموالاستیک بر ارتعاشات میکروـنانو‫تشدیدگر‫های با سطح مقطع مستطیلی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. معادلات حاکم بر رفتار سیستم شامل معادله انتقال حرارت هدایت و معادلات حرکت ارتعاشی که به یکدیگر کوپل هستند، برای حالت سه بعدی استنتاج شده اند. در حل معادلات حاکم، با اتکا به روشهای تحلیلی و در نظر گرفتن فرضیات مناسب ابتدا معادله انتقال حرارت برای توزیع دمای سه بعدی در راستای ضخامت، عرض و طول میکرو‫تیر حل می‫شود، سپس معادله حرکت ارتعاشی با لحاظ کردن کوپلینگ ترموالاستیک از طریق یک گشتاور وابسته به توزیع دما برای مطالعه مود خمشی حل می‫شود. انتقال فرکانس و فاکتور کیفیت تحت اثرات میرایی ترموالاستیک مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته اند. انتقال فرکانس بدست آمده در حالت‫های خاص با انتقال فرکانس حاصل از توزیع دمای دو‫بعدی مقایسه شده است، همچنین فاکتور کیفیت بدست آمده نیز با مدل‫های تحلیلی توزیع دمای یک‫بعدی مقایسه شده است. نتایج بدست‫آمده، نشان می‫دهد که مدل مطرح شده در این مقاله انطباق خوبی با سایر مدل‫ها دارد و اثر میرایی ترموالاستیک را بر رفتار میکرو-نانو‫تشدیدگرها به صورت دقیق‫تری پیش‫بینی می‫کند.

در این مقاله، فرکانس تشدید و حساسیت ارتعاشات یک نوع تیر مونتاژ شده میکروسکوپ نیرو اتمی با استفاده از روش حل دقیق و بر مبنای تئوری تنش- کوپل اصلاح شده مورد بررسی قرار گرفته است. تیر مذکور، شامل یک تیر یک سردرگیر افقی، یک رابط عمودی و دو نوک، یکی در انتهای سر آزاد میکروتیر افقی و دیگری در انتهای سر آزاد رابط عمودی می باشد که ساختار آن امکان روبش همزمان سطح فوقانی و جداره میکروساختارها را برای میکروسکوپ نیرو اتمی فراهم می سازد. برای حل به روش حل دقیق، میکروتیر افقی به صورت دو تیر جداگانه مدل شده است. با بدست آوردن معادله حرکت، شرایط مرزی و پیوستگی، فرکانس تشدید و حساسیت میکروتیر مذکور مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از مدل حاضر با نتایج حاصل از روش عددی ریلی-ریتز ارائه شده در مطالعات پیشین مقایسه شده است که مشاهدات نشان دهنده این واقعیت می باشد که خطای روش عددی در پیش بینی تاثیر پارامترهای مختلف بر روی رفتار ارتعاشاتی تیر مونتاژ شده مذکور قابل ملاحظه است. همچنین با مقایسه نتایج بدست آمده از تئوری تنش-کوپل اصلاح شده با نتاج حاصل از تئوری تیر کلاسیک می توان اظهار نمود که رفتار ارتعاشاتی میکرو تیر مذکور به شدت وابسته به اندازه می باشد.

این مقاله با شبیه سازی خستگی کم چرخه (LCF)، به دنبال ارزیابی پارامترهای خستگی، خواهد بود که برای برآورد عمر خستگی تحت بارگذاری تک محوره مناسب است .پاسخ تنش کرنش الاستیک و پلاستیک سیکلی با استفاده از روش های پلاستیسیته تجزیه و تحلیل شد. شبیه سازی المان محدود (FE) رفتار غیر الاستیک ماده با استفاده از بسته المان محدود آباکوس انجام یافته است. با استفاده از این نرم افزار المان محدود رفتار سیکلی آلیاژ A356 آلومینیم کالیبره شده است. برای تایید تجربی، یک سری از آزمایش های خستگی کم چرخه تحت فشار کنترل شده و سیکل های کاملا معکوس شونده با استفاده از دستگاه MTS 810 سروو- هیدرولیک و با کنترولر MTS Flex Test GT در 120 و 280 درجه سانتی گراد انجام شده است. مقایسه بین شبیه سازی عددی و مشاهده های تجربی نشان دهنده تطابق قابل قبول است. بر اساس پاسخ سیکلی الاستیک - پلاستیک تنش-کرنش، آزمایش و شبیه سازی محاسبه شده برای دامنه کرنش های مختلف، به عنوان پارامتر آسیب خستگی شناخته شده است. ساختار سطح نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت و تصاویری از ساختار ساختار دندریتی خاص با بازوهای دندریت ثانویه (SDAS) آنها حدود 25 میکرومتر هستند. نتایج حاصل از آزمایش های هم دما در دماهای C° 120 و 280 در سیکل ثابت شده مشاهده می شود که آلیاژ در دمای 120 درجه سانتی گراد رفتار سخت شوندگی سیکلی از خود نشان می دهد و در دمای 280 درجه سانتی گراد رفتار آن نرم شوندگی سیکلی است.

هدف این مقاله ارائه روش تحلیلی جدیدی برای محاسبه میزان جذب انرژی ورق های ساندویچی آلومینیوم-لانه زنبوری تحت اثر ضربه بالستیک است. ورق های ساندویچی آلومینیوم-لانه زنبوری دارای هسته لانه زنبوری شش ضلعی هستند که بین دو صفحه فلزی آلومینیومی، محصور شده اند. ضربه زننده به صورت پرتابه صلب استوانه ای سر تخت در نظر گرفته شده است. با استفاده از مدل جرم و فنر، جذب انرژی لایه های آلومینیومی در بارگذاری شبه استاتیکی و با در نظر گرفتن مکانیزم های مختلف جذب انرژی محاسبه شده است. همچنین جذب انرژی لانه زنبوری نیز به کمک مدل ویرزبیکی محاسبه می شود. جذب انرژی توسط ورق های ساندویچی آلومینیوم- لانه زنبوری محاسبه و با استفاده از موازنه انرژی، سرعت حد بالستیک و سرعت باقیمانده پرتابه محاسبه شده است. مقادیر سرعت حد بالستیک و سرعت باقیمانده محاسبه شده با روش تحلیلی هم خوانی مناسبی با مقادیر تجربی دارد. همچنین اثرات جرم و قطر پرتابه و اندازه سلول لانه زنبوری در میزان جذب انرژی ساندویچ پانل بررسی شده است.

سوپاپ اطمینان قسمت حساس یک دستگاه است که جهت تامین امنیت جانی و مالی افراد مرتبط با آن از اهمیت بالایی برخوردار است. کاربرد این قطعه در سیستم هایی که احتمال افزایش فشار درونی سیستم به بیش از مقدار مجاز می رود ضروری است. یکی از این سیستم ها مخازن حمل گاز است که مانند یک بمب متحرک بوده و در صورت عملکرد نادرست سوپاپ اطمینان در هر جایی امکان انفجار آنها وجود دارد. در این تحقیق به بررسی علل شکست سوپاپ اطمینان یکی از این مخازن که مخصوص حمل گاز LPG است پرداخته می شود. به این منظور آزمایشات آنالیز شیمیایی، متالوگرافی، تعیین خواص مکانیکی و شکست نگاری بر روی نمونه شکسته شده انجام گردید. کیفیت سطحی نمونه نیز توسط استریو میکروسکوپ و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی واقع شد. نتایج این بررسی ها نشان دهنده بروز شکست خستگی در نمونه است. عوامل اصلی موثر در بروز این پدیده، کاهش کیفیت سطحی ناشی از خوردگی حفره ای و ماشینکاری نامناسب تشخیص داده شد.

بال های حشرات ساختارهای حیاتی پیچیده ای هستند که دارای رفتار مکانیکی جالب توجهی می باشند. بال ها اساسا از رگه ها و پوسته ها تشکیل شده اند. پوسته های تشکیل دهنده بال از لحاظ مکانیکی از چقرمگی بالایی برخوردار نیستند. اما به طور کلی مجموعه ساختار بال از مقاومت بسیار بالایی در برابر گسترش ترک دارد. در این مقاله، ترکیبی از روش های عکس برداری با میکروسکوپ الکترونی، آزمون کشش و شبیه سازی عددی به منظور بررسی نقش رگه ها بر مکانیزم چقرمگی بال مورد استفاده قرار گرفته است. مدلسازی عددی رشد ترک در رگه بر مبنای روش المان محدود توسعه یافته است. خواص مکانیکی الاستیک خطی و قانون کشش- جدایش خطی به منظور شبیه سازی رفتار ساختاری ماده تشکیل دهنده رگه استفاده می شود. عکس های میکروسکوپی نشان می دهند که رگه های بال دارای ساختار میکروسکوپی توخالی متشکل از لایه های ساخته شده از کیتین و پروتئین می باشند. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی نشان می دهد که تمامی لایه های سازنده رگه با تنش ناشی از شرایط بارگذاری خارجی مواجه می شوند. اما حضور پروتئین نقش مهمی در جلوگیری از رشد ترک ایفا می کند. مقایسه نتایج نشان دهنده مطابقت مطلوب بین مدلسازی های عددی انجام شده و نتایج تجربی می باشد.

در این پژوهش تاثیر نسبت اضلاع مقطع یک میله با مقطع مستطیل بر سرعت امواج طولی، پیچشی و خمشی بررسی شده و جابجایی ذرات میله در مجاورت سطوح آزاد آن به دست آمده است. حرکت موج در یک میله با مقطع مستطیل باید به صورت سه بعدی تحلیل شود. در دستگاه معادلات همگنی که برای تامین شرایط مرزی سطوح بدون تنش تشکیل می شود، ضرایب نامعینی ظاهر می شوند که برای وجود جواب غیربدیهی باید دترمینان ضرایب این دستگاه برابر صفر شود. به این ترتیب معادله مشخصه امواج قابل انتشار به دست می آید. با نوشتن یک برنامه کامپیوتری ریشه های حقیقی این معادله استخراج، و نمودارهای طیف فرکانس، سرعت فاز، سرعت گروه و ساختار موج برای امواج طولی، پیچشی و خمشی رسم می شوند. با افزایش نسبت اضلاع مقطع میله مشاهده می شود که با افزایش فرکانس، سرعت فاز امواج طولی و پیچشی کاهش یافته در حالی که سرعت فاز امواج خمشی افزایش یافته است. همچنین برای بعضی از مودها، تغییر مکان ذرات در مجاورت سطح قابل ملاحظه و برای بعضی مودهای دیگر این تغییر مکان ناچیز است.

در این پژوهش پس از انجام 13 پاس فرآیند نورد تجمعی بر ورق آلومینیوم AA1050، بهبود ریزساختار ورق تا دستیابی به دانه هایی با ابعاد نانومتری بررسی شده است. در این پژوهش بین پاس های فرآیند ورق ها 180o حول محور عمود (ND) چرخانده شده و هر پاس در خلاف جهت پاس قبل انجام شده است و همچنین قبل از انجام هر پاس ورق تحت عملیات پیش گرم قرار گرفته است. به منظور بررسی تغییرات استحکام و میزان ازدیاد طول ورق طی پاس های مختلف فرآیند، آزمون کشش تک محور در سه جهت نورد (RD)، جهت عرضی (TD) و زاویه ی o45 نسبت به جهت نورد انجام و میزان ناهمگنی خواص در این سه جهت اندازه گیری شده است. چگونگی تغییر ناهمگنی خواص مکانیکی ورق طی پاس های مختلف فرآیند به صورت سینوسی است و کمترین میزان ناهمگنی در پاس های سوم، چهارم و سیزدهم به وقوع پیوست. در پایان با انجام آزمون میکروسختی ویکرز در طول ضخامت ورق، تغییرات سختی طی پاس های مختلف فرآیند بررسی شده است. سختی و استحکام ورق ها در پاس های ابتدایی فرآیند افزایش می یابد، در پاس های میانی تقریبا ثابت است و در پاس های پایانی نیز کمی کاهش می یابد. میزان ازدیاد طول نیز پس از افت ناگلانه زنبوری در پاس اول، در پاس های بعدی فرآیند با شیب کمی افزایش می یابد.

ورق ترکیبی آلومینیم متشکل از دو یا چند نوع ورق آلومینیم می باشد که با یکی از فرآیندهای جوشکاری بصورت لب به لب بهم جوش می شود. ورقهای ترکیبی آلومینیم بدلیل نسبت استحکام به وزن بالا کاربرد زیادی در صنایع مختلف از جمله صنعت خودروسازی دارند. روشهای مختلفی برای جوشکاری ورقهای آلومینیم بهم وجود دارد، اما روشهای جوشکاری ذوبی بدلیل اینکه سبب تشکیل فازهای ترد در حوضچه مذاب می شوند باعث کاهش استحکام جوش می شوند. به همین دلیل یکی از روشهای جوشکاری جایگزین جوشکاری اصطکاکی می باشد. پارامترهای جوشکاری اصطکاکی تاثیر زیادی در کیفیت جوش دارند. در تحقیق حاضر تعدادی از مهمترین پارامترهای جوشکاری مورد بررسی قرار می گیرند. این پارامترهای شامل نوع ایزار جوشکاری اصطکاکی، سرعت دورانی ابزار و سرعت حرکت خطی ابزار می باشد. از آنجائیکه ورقهای ترکیبی در فرآیندهای شکل دهی تحت فرآیندهای شکل دهی خارج از صفحه قرار می گیرند در تحقیق حاضر از آزمون سنبه سرکروی (اریکسون) برای بررسی کیفیت جوش استفاده می شود. بر همین اساس یک طراحی آزمایش به روش تاگوچی انجام می شود و تعدادی نمونه ورق ترکیبی آلومینیم جوش می شود. فلزات پایه ورق ترکیبی، آلومینیم 6061 و 5182 می باشد. نتایج تحقیق حاضر نشان می دهد که نوع ابزار جوشکاری تاثیر زیادی در کیفیت جوش دارد. افزایش سرعت دورانی ابزار سبب افزایش کیفیت جوش و خاصیت شکل پذیری ورق ترکیبی می شود.

یکی از مهم ترین بحث ها در شبیه سازی فرآیند شکل دهی الکترومغناطیس لوله به طرف داخل، چگونگی کوپل کردن دو قسمت مغناطیسی و سازه می باشد. در این مقاله این فرآیند، به دو روش کوپل ضعیف و کوپل ترتیبی شبیه سازی شده است. در روش کوپل ضعیف، این دو قسمت به صورت جدا از هم حل شده اما در حالت کوپل ترتیبی با استفاده از معادلات ماکسول و روش حل تفاضل محدود و استفاده از یک زیر برنامه در محیط نرم افزار آباکوس، حل این دو قسمت به صورت هم زمان انجام شده است؛ از این رو تغییر شکل قطعه کار و تاثیر آن بر اندوکتانس قطعه کار درطول فرآیند در روش کوپل ترتیبی لحاظ می شود. در روش کوپل ضعیف، میزان عمق فروروی مرکز قطعه کار در مقایسه با حالت تجربی 35 درصد اختلاف دارد اما این اختلاف با استفاده از روش کوپل ترتیبی به حدود 5 درصد می رسد. دلیل این اختلاف زیاد عدم درنظرگرفتن تغییرشکل قطعه کار و تغییراندوکتانس در طول فرآیند است. از مدل خسارت جانسون-کوک برای پیش بینی پارگی در این فرآیند استفاده شده است. افزایش ولتاژ تخلیه موجب افزایش میزان خسارت جانسون-کوک و همچنین افزایش ضخامت قطعه کار نیز به عنوان دومین متغیر مهم، موجب کاهش میزان خسارت و درنتیجه کاهش احتمال پارگی می شود. به طور کلی میزان خسارت کمتر از 0.8 را می توان به عنوان یک منطقه ایمن بدون پارگی معرفی کرد.