مهندسی مکانیک مدرس
سال:1392 | دوره:13 | شماره:7 |تعداد مقالات:13

در این مقاله، مدل سازی واحد کنترل سوخت موتور جت (FCU) با استفاده از ساختار غیرخطی NARX بر اساس داده های ثبت شده از انجام آزمایش، ارائه شده است. بدین منظور، در ابتدا دستگاه آزمایش FCU، متشکل از سیستم هیدرولیک، سنسورها و سیستم جمع آوری داده، طراحی و ساخته شده و از این سیستم برای اندازه گیری و ثبت داده های مربوط به ورودی و خروجی FCU استفاده شده است. در ادامه با استفاده از این مجموعه داده ها، فرایند مدل سازی در بسته نرم افزاری مت لب انجام گردید و مدل به دست آمده با داده های به دست آمده از آزمایش مورد ارزیابی قرار گرفته است که نتایج به دست آمده، نشان دهنده دقت مناسب مدل NARX در تخمین رفتار غیرخطی سیستم واقعی است.

نتایج تجربی بارگذاری-باربرداری روی فلزات نشان می دهد که رفتار ماده حین باربرداری و یا بارگذاری مجدد بعد از تغییر شکل پلاستیک پیچیده و غیرخطی است. ولی بیشتر مدل ها برای ساده سازی، از یک مقدار ثابت کاهش یافته برای مدول الاستیک حین باربرداری استفاده کرده اند. در این مقاله با هدف توصیف رفتار غیرخطی باربرداری، یک مدل هایپوالاستیک پیشنهاد گردید. در این مدل با شروع تغییر شکل الاستیک، مدول الاستیک از مقدار اولیه خود به صورت نمایی شروع به کاهش یافته و در لحظه شروع تغییر شکل پلاستیک به مقدار نهایی خود می رسد. این مدل به سادگی قابلیت اضافه شدن به هر معادله ساختاری پلاستیسیته را دارد و همچنین برای پیاده سازی عددی آن نیاز به اصلاح روش های رایج پیاده سازی مثل نگاشت برگشتی نیست. به عنوان مثال، یک مدل ساده پلاستیسیته شامل سطح تسلیم فون-میسز و قانون سخت شوندگی ایزوتروپیک در نظر گرفته شد و مدل هایپوالاستیک پیشنهادی در قالب یک زیرروال برای نرم افزار تجاری آباکوس پیاده سازی شد. نتایج مقایسه رفتار تجربی فولاد دوفازی 980 و رفتار پیش بینی شده توسط مدل نشان می دهد این مدل ساده قادر است تا رفتار غیرخطی باربرداری را با تقریب خوبی توصیف نماید.

جریان جابجایی توام نانوسیال آب- مس در کانالی تحت تاثیر میدان مغناطیسی به روش عددی بررسی شده است. خطوط جریان، دما و میزان انتقال حرارت در قالب عدد نوسلت از طریق حل عددی معادلات نویر استوکس و معادله انرژی مدل شده است. در این مطالعه به بررسی پارامترهایی مانند عدد ریچاردسون، عدد هارتمن، کسر حجمی جامد و زاویه کانال بر روی میدان جریان و میزان انتقال حرارت پرداخته شده است. نتایج بیانگر آن است که افزایش عدد هارتمن در اعداد ریچاردسون بالا منجر به کاهش انتقال حرارت می شود. با افزایش عدد ریچاردسون، افزایش کسر حجمی جامد و افزایش زاویه کانال نسبت به افق انتقال حرارت افزایش می یابد. همچنین ماکزیمم برگشت جریان در کانال عمودی روی می دهد.

روش  SPHیک روش ذره ای و کاملا لاگرانژی بوده که بدون استفاده از شبکه به حل میدان محاسباتی می پردازد. از مشکلات عمده روش SPH تراکم پذیر ضعیف، تولید نوسانات فشار در میدان محاسباتی می باشد. در این تحقیق با اضافه کردن جمله ای تحت عنوان دیفیوژن چگالی به معادله پیوستگی، نوسان های چگالی و در نتیجه فشار تا حد زیادی کنترل می شوند. برخلاف روش های مبتنی بر شبکه، جدایی جریان از روی سطح و شرط مرزی جریان ورودی/خروجی، از موارد چالشی روش SPH می باشند. برای غلبه بر این مشکلات، الگوریتمی مناسب برای اعمال شرط مرزی جریان ورودی/خروجی و نیز طرح جابجایی ذرات در شبیه سازی جریان اطراف استوانه استفاده می شود. مقایسه نتایج این تحقیق با مراجع مختلف، عملکرد خوب روش پیشنهادی در کاهش نوسانات فشار و همچنین حل مسائل حاوی مرز باز و جدایی جریان از سطح را نشان می دهد.

ارتعاشات چتر یکی از عوامل محدودکننده در افزایش نرخ براده برداری در فرآیندهای ماشین کاری می باشد. در این مقاله، مدل سازی مکاترونیکی یکپارچه دستگاه تراش تجهیز شده به میراگر هوشمند مگنتورئولوژیک و طراحی کنترل فازی نیمه فعال برای جلوگیری از ارتعاشات چتر ارائه می گردد. کاهش ارتعاشات چتر با تغییر دادن نیمه فعال مشخصات دینامیکی سازه ماشین ابزار (مانند قسمت های حقیقی و موهومی تابع پاسخ فرکانسی) که پارامترهای اصلی مشخص کننده دیاگرام پایداری هستند حاصل می شود. از مدل بوک-ون اصلاح شده برای مدل سازی رفتار میراگر مگنتورئولوژیک استفاده شده است، که این امکان را می دهد که ولتاژ ورودی به دمپر به عنوان ورودی کنترلی سیستم بکار رود. از آنجا که مدل یکپارچه سیستم در حضور میراگر مگنتورئولوژیک غیرخطی می شود، روشی برای ایجاد دیاگرام پایداری با تحلیل در حوزه زمان ارائه می شود. در طراحی کنترلر و به عنوان بازخورد از میزان وقوع چتر، یک شاخص جدید به نام شاخص تشخیص چتر ارائه شده است که در تشخیص وقوع چتر بصورت تجربی نیز کاربرد دارد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که سیستم پیشنهادی در بهبود پایداری ماشین تراش موفق بوده است.

به منظور جلوگیری از سقوط افراد شناور و یا مدل به داخل تونل باد عمودی، در قسمت خروجی نازل، توری محافظ نصب می شود. از آنجا که جریان هوا دارای بیشترین سرعت در این قسمت از تونل باد می باشد، لذا افت فشار ایجاد شده ناشی از توری محافظ بسیار بالا و قابل ملاحظه است. از طرف دیگر به دلیل اینکه توری محافظ به طور متناوب در معرض نیروهای دینامیکی ناشی از سقوط افراد شناور و یا مدل قرار دارد، لذا باید به منظور جلوگیری از وقوع پدیده خستگی از سیم های چندرشته ای در ساخت آن استفاده شود. در این تحقیق با استفاده از روش اختلاف مومنتم ضریب نیروی پسا برای سیم چندرشته ای و مفتول اندازه گیری و مقایسه شده است. برای این منظور از دستگاه جریان سنج سیم داغ با پراب یک بعدی استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که در اعداد رینولدز حدود 2×103، ضریب نیروی پسای سیم چندرشته ای 16% از مفتول بزرگتر است که این مقدار با افزایش عدد رینولدز کاهش می یابد. بطوریکه برای عدد رینولدز 104 ضریب نیروی پسای سیم چندرشته ای و مفتول تقریبا برابر می باشد.

در این مقاله، تاثیر زاویه محوری نازل های تزریق بر ساختار جریان در یک ورتکس تیوب فشار پایین با استفاده از تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی، بررسی شده است. نتایج عددی برای جریان های آشفته و تراکم پذیر با استفاده از مدل توربولانس استاندارد k-e به دست آمده اند. ابعاد ورتکس تیوب های مدل شده برای تمام مدل ها یکسان بوده و عملکرد دستگاه تحت 6 زاویه محوری مختلف برای نازل ها بررسی می شود. رسیدن به حداقل دمای ممکن در خروجی سرد هدف اصلی این تحقیق عددی است. بررسی ما نشان می دهد که استفاده از این نوع نازل، جدایش انرژی و ویژگی های جریان را تغییر می دهد. با در نظر گرفتن فشار کل جریان سرد پارامتر جدیدی با عنوان x تعریف شد و نتایج حاکی از این امر است که تغییر پارامتر x می تواند مستقیما دمای خروجی سرد را تحت تاثیر قرار دهد. در نهایت برخی از نتایج حاصل از کار عددی با نتایج تجربی مقایسه شده اند که تطابق قابل قبولی بین آنها وجود دارد.

تخمین صحیح افت های فشار سیالات حفاری غیرنیوتنی در داخل فضای حلقوی برای تعیین دبی جریان و انتخاب سیستم های پمپاژ گل در طی عملیات حفاری، ضروری می باشد. هدف این مطالعه، شبیه سازی جریان سیال کف و تخمین افت فشار در فضای حلقوی چاه در شرایط حفاری زیر تعادلی با استفاده از روش عددی حجم محدود است. سیال کف به عنوان سیال غیر نیوتنی قانون توان و هرشل بالکلی در نظر گرفته شده است و نتایج افت فشار با هم مقایسه می شوند. همچنین تاثیر پارامترهای مختلف عملیاتی از قبیل رئولوژی سیال کف، سرعت سیال کف، کیفیت کف، چرخش لوله حفاری و عدم هم مرکزی لوله و چاه، بر افت فشار بررسی می شوند. نتایج حل عددی با نتایج آزمایشگاهی مطالعات قبلی مقایسه شده است. متوسط خطای نسبی بین نتایج روش عددی با نتایج آزمایشگاهی برای تخمین افت فشار، کمتر از 5% می باشد. نتایج روش عددی با در نظر گرفتن مدل رئولوژیکی هرشل بالکلی برای کف، به نتایج آزمایشگاهی نزدیک تر است. نتایج نشان می دهند که با افزایش سرعت و کیفیت سیال کف، افت فشار افزایش و با افزایش عدم هم مرکزی افت فشار کاهش می یابد، ولی چرخش لوله تاثیر چشم گیری در افت فشار ندارد.

اهمیت ماشین کاری تخلیه الکتریکی سیمی (وایرکات) در توانایی ماشین کاری مواد سخت و شکل های پیچیده است. با این حال، یکی از مهم ترین مشکلات این فرآیند خطای ماشین کاری گوشه و شعاع گوشه است. این تحقیق خطای شعاع گوشه محدب در یک برش متوالی (شامل یک مرحله خشن و دو مرحله پرداخت) وایرکات را بررسی کرده است. طراحی آزمایش ها بر اساس فرکانس تخلیه و سرعت پیشروی مرحله خشن کاری به روش فاکتوریل کامل انجام و بار باقی مانده روی مسیر مستقیم و قوس گوشه به عنوان پارامترهای خروجی در نظر گرفته شده اند. نتایج حاکی از تاثیر قابل توجه بهینه سازی این پارامترها روی کنترل بار باقی مانده در مسیر مستقیم در مقایسه با مسیر قوس گوشه اند. از دیگر نتایج این است که خشن کاری موثرین مرحله برش است و به وسیله بهینه سازی پارامترهای وایرکات نمی توان خطای شعاع گوشه را به طور کامل حذف کرد. در ادامه، شعاع گوشه مقعر ایجاد شده در برش های متوالی (خشن و دو پرداخت) و اثر زاویه و شعاع گوشه و خطای شعاع در زوایای مختلف گوشه مطالعه شده است. تحلیل داده های به دست آمده نشان می دهد که تاثیر بار باقی مانده بر خطای شعاع گوشه با افزایش زاویه گوشه افزایش می یابد. یک رویکرد موثر به منظور بهبود دقت ماشین کاری شعاع گوشه مقعر برای برش پرداخت ارائه شده است. نتیجه مهم این است که در یک گوشه کوچک-شعاع مقعر، برای دستیابی به دقت مناسب، طول قوس پیموده شده باید تا حد امکان افزایش یابد.

در این مقاله تحلیل حساسیت یک نمونه شیر سرو هیدرولیک کنترل دبی ارائه شده است. در این تحلیل، حساسیت منحنی دبی- جریان نسبت به تغییرات پارامترهای هندسی و عملکردی اجزای آن ارزیابی شده است. این تحلیل به کمک مدلی که رفتار شیر را بر حسب پارامترهای هندسی و مشخصات اجزای آن شبیه سازی می کند انجام شده است. با توجه به تعدد پارامترهای اجزای شیر و پیچیدگی های مجموعه، کمیت های تاثیرگذارتر در عملکرد شیر مورد بررسی دقیق تر قرار گرفته اند. میزان انحراف بهره دبی و جریان اشباع- که مشخصه های اصلی رفتار شیر می باشند از مقادیر نامی آنها در منحنی دبی- جریان، به عنوان معیاری برای سنجش حساسیت شیر انتخاب شده است. منحنی تغییرات مشخصه های فوق بر حسب تغییرات پارامترهای مورد نظر به دست آمده است. بررسی ها نشان می دهد که کلیه منحنی های حساسیت به دست آمده در بازه های محدود خطی هستند. همچنین از بین پارامترهای بررسی شده فاصله تعادلی نازل – فلپر، قطر اریفیس و ضریب سختی فنر اسپول به ترتیب از حساسیت بیشتری در عملکرد شیر برخوردار بودند.

ربات اسکلت خارجی در سال های اخیر توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب نموده است. آرزوی دیرینه محققان دست یابی به وسیله ای است که به صورت پوششی حول بدن انسان قرار گیرد و با عملگرهای قدرتمندش، توانایی او را چندین برابر کند. هماهنگی کامل حرکات ربات با بدن پیچیدگی اصلی تکنولوژی آن را شکل می دهد. روش کنترل امپدانس برای کنترل این نوع ربات مناسب است ولی بیان های موجود از کنترل امپدانس بیشتر مخصوص ربات های صنعتی است که تفاوت های مهمی با ربات مورد نظر دارد. در این مقاله بیانی از روش کنترل امپدانس متناسب با شرایط عملکرد ربات اسکلت خارجی معرفی می شود. به علاوه با توجه به متغیر بودن محموله ربات همچنین بروز خطا در اندازه گیری نیروی محل تماس بدن با ربات، برای اولین بار روشی تطبیقی برای کنترل امپدانس ربات اسکلت خارجی پیاده سازی می شود. شبیه سازی عملکرد این وسیله در تبعیت از حرکت راه رفتن کاربر حین حمل بار 50 کیلوگرمی و وجود عدم قطعیت در بار و نیروی تماسی، کارآیی بسیار خوب روش ارائه شده را نشان می دهد. به طوری که خطای پیروی ربات از حرکت مطلوب در طول زمان شبیه سازی تقریبا صفر است. همچنین گشتاورهای وارد بر اعضای پا و تنه کاربر ناچیز است.

در این مقاله، کنترل حرکت یک سیستم صفحه ای غیرهولونومیک با چهار درجه آزادی مورد مطالعه قرار می گیرد. در سیستم مورد بررسی، سه عملگر کنترلی وظیفه کنترل شکل سیستم را بر عهده دارند. همچنین فرض عدم گشتاور خارجی و صفر بودن تکانه زاویه ای، یک قید غیرهولونومیک به مساله می افزاید. ابتدا نشان داده می شود که معادلات ساده شده حرکت این سیستم اگرچه قابل تبدیل به معادلات سیستم هایزنبرگ و فرم زنجیره ای می باشد، روش های متعارف کنترل آنها، در مورد این سیستم پاسخگو نیست. آنگاه برای این سیستم، به دو روش مود لغزشی و طراحی لحظه ای مسیر، قوانین کنترلی مدار بسته طراحی می گردد که آن را از هر شرط اولیه به هر وضعیت تعادل دلخواه رسانده سیستم را حول آن پایدار نماید. نتایج شبیه سازی، کارآمدی روش های پیشنهادی را نشان می دهد.

در این مقاله مسیر حرکت یک ماهواره نمونه از مدار انتقال ژئوسنکرون تا مدار زمین ثابت با استفاده از الگوریتم جستجوی سیمپلکس پارتو بهینه سازی می شود. انتقال بین دو مدار به صورت پیوسته در نظر گرفته شده و معادلات دینامیکی ماهواره در حین انتقال با در نظر گرفتن نیروی پیشرانش و نیروی جاذبه زمین حل می شود. با توجه به اهمیت کاهش هر چه بیشتر جرم سوخت ماهواره، تعیین مدار واسطه بین مدار انتقال ژئوسنکرون و مدار زمین ثابت از اهمیت ویژه ای برخوردار است؛ لذا در این مقاله، دو متغیر جرم سوخت مصرف شده و زمان کل مانور به عنوان توابع هدف بهینه سازی در نظر گرفته می شوند. خروجی الگوریتم بهینه سازی مجموعه ای از نقطه های بهینه است که با توجه به شرایط طراحی و اهمیت متغیر مورد نظر، می توان از بین این نقطه ها نقطه مناسب را جهت دستیابی به مسیر بهینه انتخاب کرد.