مهندسی مکانیک امیرکبیر (امیرکبیر)
سال:1401 | دوره:54 | شماره:2 |تعداد مقالات:12

تعویض خط در سرعت‏های بالا، یک مانور راهبردی جهت اجتناب از برخورد است. در این شرایط زمان امکان بروز حادثه عمدتاً 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.

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.

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 تأثیر 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.

بار عمودی روی تایر از عوامل تأثیرگذار بر عملکرد خودرو است. پارامترهای زیادی بر بار عمودی تایر تأثیر 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.

اخیراً 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 تأیید می شوند. در ادامه تأثیر 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 شدیداً تحت تأثیر 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.

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 تأثیر 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.

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 مؤثر 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.

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.

در این مقاله، به کمک تئوری کوپل ترموالاستیسیته تعمیم یافته لُرد-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 مسأله 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 مسأله 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.

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.

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 کمّی 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.

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 تأثیر 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 مؤثرترین پارامترها بر زبری سطح می باشند. پس ازآن نرخ پیشروی و راستای الیاف در مراتب بعدی اهمیت قرار دارند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز تأییدکننده 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.