علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
سال:1394 | دوره:27 | شماره:1 (پیاپی 13) |تعداد مقالات:12

در اکثر وسایل نقلیه برای جلوگیری از خسارت ها و یا کاهش آن از سیستم های جاذب انرژی استفاده می شود. در این مقاله جذب انرژی در جزء فداشونده لکوموتیو ER24PC زیمنس مورد بررسی قرار گرفته است. پس از معرفی و نحوه عملکرد این قطعه در حین برخورد، مدل سازی آن در نرم افزار آباکوس انجام شده و خصوصیات برخورد آن مورد ارزیابی قرار گرفته است. با توجه به این که شکل جزء فداشونده لکوموتیو زیمنس هرمی است به منظور بررسی صحت نتایج حل عددی از یک حل تحلیلی استفاده شده است. در ادامه به علت این که ضخامت ورق جزء فداشونده زیاد است و در حین برخورد ممکن است پاره شود استفاده از مدل آسیب مناسب در شبیه سازی های عددی ضروری است. از سه مدل آسیب استفاده شده در این مقاله، یک مدل آسیب در خود نرم افزار وجود دارد و برای دو مدل آسیب دیگر کدنویسی انجام شده است و با مقایسه نتایج حل عددی با نتایج تست آزمایشگاهی مدل آسیب مطلوب مشخص شده است. به علاوه صحت مدل آسیب مطلوب از طریق استاندارد ECE R 66 بررسی شده است. سپس برای بهبود جذب انرژی در طی برخورد از فوم های فلزی به عنوان جاذب انرژی استفاده شده است. در نهایت عملکرد جزء فداشونده پرشده از فوم با جزء فداشونده خالی مقایسه شده و عملکرد و بازدهی فوم داخل جزء فداشونده مورد ارزیابی قرار گرفته است.

در این مقاله روشی ارائه شده است که بتوان با آموزش یک سیستم هوشمند، ماشین آلات صنعتی را به صورت خودکار عیب یابی کرد. یک کمپرسور سه باله ای به عنوان نمونه ای از یک ماشین صنعتی مورد استفاده قرار گرفت. روش ارائه شده برای آموزش سیستم هوشمند از مرحله داده برداری، تحلیل سیگنال و سیستم هوشمند تشخیص الگو تشکیل شده است. در گام اول با داده برداری از سیگنال شتاب کمپرسور سالم و کمپرسور با عیوب متفاوت، داده های موردنظر برای شروع پردازش سیگنال حاصل شدند. پس از تحلیل داده ها و یافتن معیار تشخیص الگوی عیوب، یک ماشین بردار پشتیبان برای تفکیک عیوب، آموزش داده شد. روش ارائه شده در پایان آزمایش گردید و نتایج حاصل از سیستم آموزش دیده، عیوب را به صورت کامل و صحیح تفکیک کرد.

در تحقیق حاضر، طرح شکل پذیر بال با طول دهنه متغیر روی بال یک پهپاد به منظور دست یابی به عملکرد بهینه در رژیم های مختلف پروازی در تونل باد مورد بررسی قرار گرفته است. برای اجرای این طرح، یک بال شکل پذیر به همراه مکانیزم های مربوط به آن طراحی، ساخته و تست شده است. آزمایش ها در یک تونل باد سرعت پایین در سرعت های 35، 60 و 80 متر بر ثانیه در محدوده عدد رینولدز بین 250´103 تا 620´103 انجام گرفته است. برای اجرای طرح شکل پذیر، تغییر طول بال نسبت به بال پایه، 38 درصد و میزان تغییر ضریب منظری نیز 74 درصد می باشد. نتایج تجربی نشان دهنده بهبود ویژگی های آیرودینامیکی بال شکل پذیر نسبت به بال پایه می باشد، این مساله به فرم کاهش پسای القایی و نیروی رانش موردنیاز و افزایش ضریب برآ، راندمان آیرودینامیکی و افزایش مداومت و برد پرواز ظاهرشده است. طبق نتایج، مداومت و برد پروازی بال شکل پذیر نسبت به بال پایه به ترتیب 17 و 5 درصد افزایش داشته است. مطالعات تجربی انجام شده نشان می دهد که بیشترین راندمان آیرودینامیکی مدل بال در زاویه حمله 4 درجه و حداکثر مقدار آن 14.8 برای بال پایه، 16.3 برای بال شکل پذیر با افزایش طول 50 درصد (5 سانتی متر) و 17.4 درصد برای بال شکل پذیر با افزایش طول 100 درصد (10 سانتی متر) می باشد. در این تحقیق هم چنین نشان داده شده است که چگونه می توان از طرح بال شکل پذیر به عنوان یک روش جایگزین برای کنترل حرکات غلت به جای روش کنترل غلت سنتی (سطوح کنترل شهپر) استفاده نمود. به نحوی که در مقایسه با کنترل غلت معمولی استفاده از روش طول متغیر قدرت کنترل غلت را افزایش خواهد داد.

در این مقاله ارتعاشات آزاد تیر هدفمند دوار باریک شونده دو طرفه بررسی شده است. تحلیل ارتعاشات تیر با استفاده از تئوری اولر- برنولی انجام شده است. فرض می شود خواص تیر در راستای ضخامت آن با استفاده از تابع توانی تغییر می کند. معادلات حاکم با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده است. فرکانس های طبیعی تیر با استفاده از روش تبدیل دیفرانسیلی به دست آمده و اثر ضرایب باریک شوندگی، پارامترهای بی بعد سرعت دورانی، شعاع هاب و شاخص جزء حجمی بر فرکانس طبیعی تیر مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل در قالب چندین جدول و شکل ارائه شده و برای صحت سنجی، با نتایج کارهای گذشته مقایسه شده است. مقایسه انجام شده نشان دهنده این واقعیت است که فرکانس های طبیعی تیر اولر- برنولی دوار باریک شونده دو طرفه ساخته شده از مواد هدفمند با استفاده از روش تبدیل دیفرانسیلی با دقت بالایی حاصل می شود. به علاوه نتایج حاصل نشان می دهد پارامترهای سرعت دورانی، ضریب باریک شوندگی ارتفاعی و شاخص جزء حجمی اثر مهمی بر فرکانس طبیعی این گونه تیرها دارند. اثر پارامتر شعاع هاب و ضریب باریک شوندگی عرضی نیز قابل چشم پوشی می باشد.

در این پژوهش اثر موقعیت برجک بر روی بدنه زیردریایی بر رفتار جریان پایین دست برجک به صورت تجربی در تونل باد بررسی شده است. برای اندازه گیری میدان جریان سه بعدی از پراب پنج حفره استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که پراب پنج حفره به خوبی قادر به تعیین ویژگی های گردابه نعل اسبی می باشد. هم چنین مشخص شد که گردابه نعل اسبی با حرکت برجک به سمت دماغه کوچک تر می شود. هرچه برجک روی بدنه نزدیک به دماغه نصب شود، گردابه وارد شده به جریان پروانه اثر نامطلوب کمتری دارد.

در این مقاله ضریب نفوذ رطوبت به عنوان یک پارامتر موثر در توصیف خشک شدن سرامیک رسی مورد مطالعه قرار گرفته است. متغیرهای تاثیرگذار بر ضریب نفوذ موثر، درجه حرارت (80-60-40oC)، رطوبت نسبی (%30-50-70) و سرعت جریان هوا (3-2-1 ms-1) در نظر گرفته شده و اثرات آنها بر رفتار خشک شدن سرامیک بررسی گردیده است. در این تحقیق، آزمایش ها به صورت فاکتوریل کامل طراحی شده است و طی هر آزمایش، کاهش جرم و کاهش حجم نمونه به ترتیب توسط ترازو و دوربین های متصل به کامپیوتر، ثبت می شود. ضریب نفوذ موثر از مقایسه مقدار تحلیلی معادله فیک و مقادیر تجربی و استفاده از الگوریتم تازه گسترش یافته کرم شب تاب محاسبه شد که در این الگوریتم تابع هدف، کاهش مقدار خطا بین مقادیر تحلیلی و مقادیر تجربی است. بررسی های آماری و آنالیز واریانس ضریب نفوذ موثر نشان داد که پارامترهای سرعت، دما و رطوبت محیط خشک کن به صورت مستقل از یکدیگر بر فرآیند خشک شدن تاثیر دارند و هم چنین بیشترین تاثیر بر روی ضریب نفوذ موثر به ترتیب مربوط به درجه حرارت، سرعت وزش و رطوبت محیط است. مقایسه نتایج این تحقیق و مطالعات سایر محققان، حاکی از 97% تطابق و کاربردی بودن این روش در محاسبه ضریب نفوذ موثر در فرآیندهای خشک شدن سرامیک است.

یادگیری تقویتی، روشی است که در آن عامل یا عاملان با توجه به یک سری پاداش های مثبت و یا منفی، یک عمل بهینه را انجام می دهند. این روش، زمانی کارایی بسیار بالایی خواهد داشت که مدل سیستم به صورت طبیعی موجود نباشد و یا به دست آوردن آن موجب زحمت فراوان گردد. در این صورت می توان، آن را جایگزین مناسبی برای منطق های کنترلی دیگر دانست. یکی از معایب اساسی این روش، استفاده از عمل های گسسته در حین انجام آن می باشد. این در حالی است که خیلی از سیستم های دینامیکی با چنین رویکردی، عملکرد بهینه ای نخواهند داشت. برای جبران این نقیصه، رویکردهای متفاوتی از جمله تقریب مقادیر ظهور پیدا می کنند. در این مقاله از منطق فازی برای پیوسته کردن عمل های بهینه استفاده شده است. در این حالت، سیستم یادگیری تقویتی، قوانین بین کنترل کننده فازی را در جهت نیل به بهینه ترین عمل تنظیم می نماید و به این ترتیب می تواند عمل های پیوسته ای را تولید نماید. به این منظور مدل یک آونگ معکوس در سیم مکانیکس در نظر گرفته شده است که توسط کنترل کننده طراحی شده است و حرکت آن در دو حالت کنترل زاویه آونگ و کنترل کامل آونگ و ارابه مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج به دست آمده نشان می دهند، هوش مصنوعی به کار گرفته شده به جای انتخاب قوانین موجود، می تواند کارایی بالاتری در کنترل سیستم های دینامیکی داشته باشد.

در این مقاله، به منظور امکان سنجی افزایش راندمان و کاهش تولید آلاینده ها، بویلر نیروگاه توس مشهد با استفاده از شبیه سازی رایانه ای مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، ابتدا وضعیت فعلی بویلر نیروگاه با سوخت مازوت شبیه سازی شده و نتایج عددی با نتایج اندازه گیری های تجربی موجود در نیروگاه مقایسه گردیده اند که تطابق خوبی بین آنها مشاهده شده است. سپس اثر پارامترهای مختلف از جمله قطر ذرات سوخت پاشش شده، دبی هوای ورودی و جهات چرخش هوای ورودی از مشعل های بویلر بر راندمان حرارتی و میزان تولید آلاینده های اکسیدهای ازت (ناکس) و دوده بررسی شده است. آرایش مناسبی برای چرخش هوای ورودی از 9 مشعل نیروگاه با استفاده از شبیه سازی عددی معرفی شده است که باعث افزایش راندمان و عمر بویلر خواهد شد.

در این تحقیق یک پره در جریان با رینولدزهای کم توسط روش های عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته و منحنی های مشخصه آن استخراج شده است. در روش تجربی، حالت استاتیکی توسط دستگاه اندازه گیری نیروی پیشران، در دورهای مختلف مورد بررسی و آزمایش قرار گرفته و منحنی های مشخصه نیروی پیشران، توان مصرفی موتور، جریان و ولتاژ ثبت گردیده است. هم چنین با توجه به اهمیت حوزه جریان در اطراف پره، به طور عددی بررسی استاتیکی و دینامیکی شبیه سازی جریان عبوری از روی یک پره کوادرتور پرداخته شده و علاوه بر نتایج آیرودینامیکی روی پره، نتایج در حوزه حل نیز مورد تحلیل قرار گرفته است. در روش عددی، با استفاده از نرم افزار تجاری فلوئنت بر مبنای حجم محدود با فرض جریان غیر قابل تراکم و لزج و استفاده از مدل آشفتگی k-e شبیه سازی انجام شده است. در این تحقیق منحنی های مشخصه پره روتور توسط این دو روش استخراج شده اند و مقایسه نتایج عددی و تجربی تطابق خوبی را نشان می دهد که صحت اندازه گیری و شبیه سازی عددی را تایید می نماید. با توجه به شبیه سازی حوزه جریان اطراف پره توسط روش عددی، فاصله تاثیرگذار جریان اطراف پره به منظور قرار گرفتن در ساختار یک کوادرتور مورد بررسی قرار گرفته است.

پس از تعریف حالت تعادل بر اساس تابع انرژی آزاد مناسب و تلفیق آن با الگوریتم شبکه بولتزمان، سیستم دوفازی بخار- مایع مدل سازی شده است که رفتار آن از معادلات پیوستگی و ناویر- استوکس پیروی می کند. به کمک مدل توسعه یافته ابتدا سطح تماس مسطح (Planar Interface) حل شده و نتایج با نتایج تئوری مقایسه گردیده است. سپس قطره معلق در فضای بخار تحت بررسی قرار گرفته و نتایج به دست آمده برای قطره پایدار با نتایج تئوری مقایسه شده است.

برخلاف روبات های سری، مساله سینماتیک مستقیم روبات های موازی بسیار پیچیده است و در حالت کلی نمی توان یک پاسخ تحلیلی برای آن پیدا کرد. به همین دلیل در بیشتر موارد از روش های عددی برای حل این مساله استفاده می شود که نسبتا زمان بر می باشند. از طرفی کاهش زمان صرف شده برای محاسبات سینماتیکی، در کاربردهایی مانند کنترل بلادرنگ، از اهمیت بسیار زیادی برخوردار می باشد. در این مقاله، با ترکیب شبکه های عصبی مصنوعی و یک تکنیک عددی مرتبه 3، یک روش ترکیبی جدید برای تحلیل سینماتیک مستقیم روبات های موازی پیشنهاد شده است که سرعت حل این مساله را به طور قابل ملاحظه ای افزایش می دهد. در این روش ابتدا با استفاده از شبکه های عصبی یک پاسخ تقریبی از مساله سینماتیک مستقیم روبات ایجاد می شود. سپس این پاسخ تقریبی به عنوان حدس اولیه روش عددی مرتبه 3 در نظر گرفته می شود که با حل معادلات سینماتیک مستقیم، پاسخ مورد نظر را با دقت دل خواه محاسبه می کند. کارآیی روش پیشنهادی در ارتباط با یک روبات موازی فضایی از نوع 3-PSP بررسی شده و نشان داده شده است که استفاده از این روش می تواند در دقت های بالا تعداد تکرارها را به میزان 35 درصد و زمان تحلیل سینماتیک مستقیم روبات را به اندازه 12 درصد کاهش دهد.

در این مقاله، توانایی حرکتی ربات سیار چرخ دار با فراهم آوردن ساختاری نوین افزایش می یابد. ساختار چندحالته پیشنهادی با توجه به طراحی خاص، توانایی تبدیل ربات دوچرخ به چهار چرخ را دارد. این طراحی توانایی حرکت همزمان بدنه ربات و جابهجایی بازو را هنگام حرکت در سطح ناهموار دارد. برخلاف اغلب ربات های سیار، ربات بدون استفاده از بازوان مدولار متصل به بدنه، قابلیت یک بازوی رباتیکی را در محور میانی دارد. این نقطه به عنوان مجری نهایی در محل یک مفصل غیرفعال است. از اینرو میتواند حامل تجهیزات هدایت و بینایی ربات سیار باشد و بدون موتور محرکه جدید از فرمان های کنترل ارتفاع پیروی کند. این طراحی خلاقانه و ساده میتواند عملکرد قابل قبولی را تضمین کند. در پایان، ویژگی حرکتی ربات در مسیرهای مختلف برای پنجه، روی سطوح ناهموار شبیه سازی می گردد.