دانشگاه تربیت مدرسمهندسی مکانیک مدرس2476-690926720260622The effect of local plasticity on the low-cycle fatigue life of cylinder headsاثر پلاستیسته موضعی بر عمر خستگی کمچرخه سرسیلندر5175272864110.48311/mme.2026.119180.82974FAحجتعاشوریگروه مکانیک، واحد ورامین-پیشوا، دانشگاه آزاد اسلامی، ورامین، ایران0000-0002-0983-4795Journal Article20260208The cylinder head is one of the most important and complex parts of the engine that withstands thermal and mechanical loads. Thermomechanical stresses applied to the cylinder head can lead to fatigue damage. The aim of this research is to evaluate the effect of local plasticity on the low-cycle fatigue (LCF) life of the cylinder head. For this purpose, in the first step, thermo-mechanical analysis of the cylinder head was performed using ANSYS software to predict temperature and stress. Then, the effect of local plasticity on the low-cycle fatigue life was evaluated using the Neuber method using ANSYS nCode Design Life software. Constants of the Chaboche hardening model of the aluminum alloy were calculated using low-cycle fatigue tests at different temperatures. LCF tests were simulated by ANSYS software, showing a very good fit between the experimental and simulation results of LCF tests.The results of thermo-mechanical analysis showed that the maximum temperature and stress in the cylinder head were 212.8°C and 87.211 MPa, respectively. The minimum LCF life of the cylinder head with and without considering local plasticity was predicted to be 1486 and 3058 cycles, respectively. Based on the results of the low-cycle fatigue life, not considering the effect of local plasticity causes the LCF life of the cylinder head to be estimated significantly higher than the allowable limit. Therefore, it is necessary to consider the effect of local plasticity in the analysis of the LCF life of the cylinder head.سرسیلندر یکی از قطعات بسیار مهم و پیچیده موتور است که بارهای حرارتی و مکانیکی را تحمل میکند. تنشهای ترمومکانیکی اعمالی بر سرسیلندر میتواند منجر به آسیب خستگی در آن شود. هدف این پژوهش ارزیابی اثر پلاستیسیته موضعی بر عمر خستگی کمچرخه سرسیلندر است. برای این منظور در گام نخست تحلیل ترمومکانیکی سرسیلندر با استفاده از نرمافزار انسیس به منظور پیشبینی دما و تنش انجام شده است. سپس اثر پلاستیسیته موضعی بر عمر خستگی کمچرخه با استفاده از روش نیوبر با استفاده از نرمافزار انسیس انکددیزاینلایف مورد ارزیابی قرار گرفته است. ثابتهای مدل سختشوندگی چابوچه آلیاژ آلومینیم با استفاده از تستهای خستگی کمچرخه در دماهای مختلف محاسبه گردید. تستهای خستگی کمچرخه به وسیله نرمافزار انسیس شبیهسازی شد و نشان داده شد که انطباق بسیار مناسبی بین نتایج تجربی و شبیهسازی شده تستهای خستگی وجود دارد. نتایج تحلیل ترمومکانیکی نشان داد که ماکزیمم دما و تنش در سرسیلندر بترتیب 212.8درجهسانتیگراد و 87.211 مگاپاسکال است. حداقل عمر خستگی کمچرخه سرسیلندر با و بدون درنظر گرفتن پلاستیسیته موضعی بترتیب 1486 و 3058 سیکل پیشبینی گردید. براساس نتایج عمر خستگی کمچرخه، درنظر نگرفتن اثر پلاستیسیته موضعی باعث میشود، عمر خستگی کم-چرخه سرسیلندر بصورت قابل ملاحظهای بیشتر از حد مجاز تخمین زده شود. بنابراین لازم است اثر پلاستیسیته موضعی در تحلیل عمر خستگی کمچرخه سرسیلندر درنظر گرفته شود.https://mme.modares.ac.ir/article_28641_1e5afae270de728fd14f20133233d33a.pdfدانشگاه تربیت مدرسمهندسی مکانیک مدرس2476-690926720260622A General Methodology for Dynamic Modeling and Simulation of Aerial Robotic Manipulatorsارائه یک روش عمومی جهت مدلسازی دینامیکی و شبیهسازی بازوهای رباتیک پرنده5295462829010.48311/mme.2026.119153.82973FAسید علیمیرنجفی زادهگروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر، کرمان، ایرانحامدشریف زاده بهزادیگروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر، کرمان، ایرانعلی محمدشافعیگروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر، کرمان، ایرانJournal Article20260214The main objective of this paper is to present a novel approach for dynamic modeling of manipulators mounted on a flying base. The most significant challenges addressed in this research can be summarized as follows: 1) Determining an appropriate formulation for computing the generalized forces of the system, including both the active forces generated by the actuators and the passive forces arising from the constraints governing the system. 2) Defining a desired trajectory for the flying base that incorporates not only the desired position but also the desired orientation. 3) Developing an automatic and systematic dynamic modeling framework such that increasing the number of links in the robotic manipulator or the flying base does not impose any limitation on the derivation of the system’s equations of motion. 4) Arranging the motors installed on the flying base in a manner that enables arbitrary motion in three-dimensional space. To overcome these challenges, the overall robotic structure—comprising the flying base and the mounted manipulator is first decomposed, through a fully systematic procedure, into a specified number of substructures. The dynamic equations of motion of each substructure (which can be regarded as an open kinematic chain with a moving base) are then derived using the recursive Gibbs–Appell algorithm. Subsequently, by appropriately combining the equations of motion of these robotic chains, the kinetic equations of motion of the complete system are obtained, explicitly accounting for the mutual dynamic interactions between the flying base and the robotic manipulator.هدف اصلی این مقاله، ارائه یک روش جدید جهت مدلسازی منیپولاتورهایی است که بر روی یک پایه پرنده نصب شدهاند. مهمترین چالشهای پیشرو این تحقیق عبارت هستند از: 1- چگونگی محاسبه نیروهای تعمیمیافته سیستم شامل نیروی فعال موتورها و نیروی غیرفعال قیدهای حاکم بر سیستم. 2- نحوه تعریف مسیر مطلوب برای پایه پرنده، بگونهای که علاوه بر موقعیت مطلوب، جهتگیری مطلوب را نیز شامل گردد. 3- چگونگی توسعه یک روش خودکار و سیستماتیک، بگونهای که افزایش تعداد لینکهای تشکیلدهنده بازوی مکانیکی و پایه پرنده هیچگونه محدودیتی در استخراج معادلات حرکت سیستم ایجاد نکند. و 4- نحوه آرایش موتورهای نصب شده بر روی پایه پرنده بگونهای که هرگونه حرکتی را در فضای سهبعدی امکانپذیر سازد. برای غلبه بر چالشهای فوق، در ابتدا کل سازه ربات شامل پایه پرنده و منیپولاتور نصب شده بر روی آن طی یک فرآیند کاملاً سیستماتیک به تعداد مشخصی زیر-سازه تقسیم میگردد. سپس معادلات حرکت هر یک از این زیر-سازهها (که در واقع یک زنجیره باز سینماتیکی با پایه متحرک هستند) با استفاده از الگوریتم بازگشتی گیبس-اپل بهدست میآید. در ادامه با ترکیب معادلات حرکت هر یک از این زنجیرههای رباتیکی، معادلات حرکت کل سیستم (که در آن اثر متقابل پایه پرنده بر روی بازوی مکانیکی و بالعکس لحاظ شده است) استخراج میگردد.https://mme.modares.ac.ir/article_28290_6ab025df5539049ffad9e5f29eab084b.pdfدانشگاه تربیت مدرسمهندسی مکانیک مدرس2476-690926720260622Quadrotor simulation and trajectory tracking with wind-effect compensation using reinforcement learningشبیهسازی و ردیابی مسیر کوادروتور با جبرانسازی اثر باد به کمک یادگیری تقویتی5475582835210.48311/mme.2026.117781.82894FAمجیدساده دلگروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران0000-0002-0285-8460زهرادارستانی فراهانیگروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایرانJournal Article20251224The aim of this research is to design an intelligent controller capable of achieving accurate trajectory tracking of a quadrotor in environments with varying wind conditions. To this end, the dynamic modeling of the quadrotor was first carried out. Wind modeling was also implemented by adding horizontal wind acceleration to the translational dynamic equations of the vehicle.<br><br>Next, to ensure precise position and attitude control of the quadrotor in the presence of wind disturbances, a hybrid control framework was designed, consisting of a baseline proportional–integral–derivative (PID) controller, a reinforcement learning–based gain tuner, and a disturbance observer along with its compensator. For adaptive tuning of the PID gains during trajectory tracking, the DDPG and TD3 reinforcement learning algorithms were utilized.<br><br>Finally, to evaluate the performance of the control framework, various experiments were conducted under no-wind conditions and under different wind intensities across multiple trajectories. The simulation results indicated that in environments with varying wind, adding the observer and compensator to a fixed-gain PID controller reduced the tracking error by 15% compared to the standalone PID controller. Additionally, PID control with reinforcement learning–based gain tuning, combined with the observer and compensator, reduced tracking error by 25% compared to the fixed-gain case. In the lemniscate trajectory, the DDPG algorithm performed 10% better than TD3; in the circular trajectory, the TD3 algorithm performed 5% better than DDPG; and in spiral trajectories, DDPG outperformed TD3 by 20%.هدف این پژوهش، طراحی کنترلکننده هـوشمند برای دستیابـی به ردیابـی مسیرهای مختلف کوادروتور در محیطهایی با بادهای متغیـر میباشد. به این منظور ابتدا به مدلسازی دینامیکی کوادروتور پرداخته شد. مدلسازی باد نیز با اضافه کردن شتاب باد در صفحهی افقی به معادلات دینامیکی انتقالی پرنده انجام شد. سپس، با هدف کنترل دقیق موقعیت و جهتگیری کوادروتور در حضور اغتشاشات محیطی باد، چارچوبی ترکیبی طراحی شد که شامل یک کنترلکنندهی پایه PID، یک تنظیمکنندهی ضرایب مبتنی بر یادگیری تقویتی و یک مشاهدهگر اغتشاش بههمراه جبرانساز آن بود. برای تنظیم تطبیقی ضرایب کنترلکننده PID حین ردیابی مسیر از الگوریتـمهای DDPG وTD3 یادگیری تقویتی بهره برده شد. در نهایت جهت ارزیابی عملکرد چارچوب کنترلی، آزمایشهای مختلفی در شرایط بدون باد و با شدتهای مختلف باد در مسیرهای مختلف پروازی انجام شد. نتایـج شبیهسازیهای انجام گرفته نشان دادند که در محیطهایی با بادهای متغیـر، اضافه شدن مشاهدهگر و جبرانساز به کنتـرلکننده PID با ضرایب ثابت 15% خطا را نسبت به PID، و کنتـرلکننده PID تنظیمشده با الگوریتمهای یادگیری تقویتی همراه با مشاهدهگر و جبرانساز نسبت به حالت ضریب ثابت 25% خطای ردیابی را کاهش داد. در مسیر بینهایت الگوریتم DDPG، %10 بهینهتر از الگوریتم TD3، در مسیر دایروی الگوریتم TD3 %5 بهینهتر از الگوریتم DDPG، و در مسیرهای مارپیچ نیز الگوریتم DDPG، %20 بهینهتر از الگوریتم TD3 عمل کرد.https://mme.modares.ac.ir/article_28352_aa826555e21b7c95a06600456effd501.pdfدانشگاه تربیت مدرسمهندسی مکانیک مدرس2476-690926720260622Energy, exergy and exergo-economic analysis of a multiple generation system with liquefied natural gas cold energyتحلیل انرژی، اگزرژی و اگزرژی-اقتصادی سیستم تولید چندگانه با انرژی سرد گاز طبیعی مایع5595702858610.48311/mme.2026.119043.82969FAشعیبخانمحمدیگروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران0000-0002-7659-7363سیدعلیکرم پورگروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایرانJournal Article20260131This paper investigates and analyzes an advanced multi-generation combined system that utilizes liquefied natural gas (LNG) as the primary energy source. The proposed system consists of a main Brayton cycle, a supercritical carbon dioxide (sCO₂) cycle, and two organic Rankine cycles (ORCs) as heat recovery subsystems. In addition, a water electrolysis unit for hydrogen production and a reverse osmosis (RO) desalination unit are integrated into the system. By exploiting the energy released from methane combustion in the combustion chamber, the system not only generates 145471 kW of net power, but also performs LNG regasification for injection into the urban natural gas network. Simultaneously, part of the generated power is used to produce 43.1 kg/h of hydrogen in the electrolyzer and to desalinate 30 kg/s of freshwater in the RO unit. A comprehensive energy, exergy, and exergo-economic analysis of the system is carried out using the Engineering Equation Solver (EES) software. The results indicate that the integrated system achieves high energy and exergy efficiencies while simultaneously delivering four valuable outputs, namely electricity, natural gas, hydrogen, and freshwater, at a considerable scale.این مقاله به مطالعه و تحلیل یک سیستم ترکیبی تولید چندگانه پیشرفته میپردازد که از گاز طبیعی مایع (LNG) به عنوان منبع انرژی اولیه استفاده میکند. سیستم طراحی شده شامل یک چرخه اصلی برایتون، یک چرخه فوقبحرانی دیاکسیدکربن (sCO₂) و دو چرخه رانکین آلی (ORC) به عنوان زیرسیستمهای بازیابی حرارت است. همچنین یک واحد الکترولایزر برای تولید هیدروژن و یک واحد آبشیرینکن به روش اسمز معکوس (RO) در این سامانه ادغام شدهاند. سیستم با بهرهگیری از انرژی حاصل از احتراق متان در محفظه احتراق، علاوه بر تولید ۱۴۵۴۷۱ کیلووات توان خالص، فرآیند بازگازیسازی LNG را برای تزریق به شبکه گاز شهری انجام میدهد. بهطور همزمان، بخشی از توان تولیدی صرف تولید ۴۳.۱ کیلوگرم بر ساعت هیدروژن در الکترولایزر و شیرینسازی ۳۰ کیلوگرم بر ثانیه آب در واحد آبشیرینکن میشود. تحلیل جامع انرژی، اگزرژی و اگزرژی-اقتصادی سیستم با استفاده از نرمافزار مهندسی EES انجام شده است. نتایج نشان میدهد که این سیستم یکپارچه ضمن دستیابی به راندمان بالای انرژی و اگزرژی، بهطور همزمان چهار خروجی ارزشمند (برق، گاز طبیعی، هیدروژن و آب شیرین) را با مقیاس قابلتوجه ارائه مینماید.https://mme.modares.ac.ir/article_28586_da56d057fe13171851e819d9be266cf5.pdfدانشگاه تربیت مدرسمهندسی مکانیک مدرس2476-690926720260622Temperature Control of Different Conductors using a Reduced-Order Model-Based Internal Model Controllerکنترل دمای رساناهای مختلف با استفاده از کنترلکننده مدل داخلی طراحی شده مبتنی بر یک مدل کاهش مرتبه یافته5715812834810.48311/mme.2026.118761.82932FAمهدیاحمدیدانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، مجتمع آموزش عالی فنی و مهندسی اسفراین، اسفراین، خراسان شمالی، ایرانمحمدامینکریمیدانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، مجتمع آموزش عالی فنی و مهندسی اسفراین، اسفراین، خراسان شمالی، ایرانJournal Article20260111This paper focuses on designing a controller to regulate the temperature of a horizontal metal bar with varying thermal conductivities by manipulating the heat flux. To this end, the governing partial differential equations of the bar are first discretized using the finite difference method, resulting in a set of ordinary differential equations that establish a state-space representation for the system. The high order of the resulting state-space model leads to a complex final controller, so reduced-order transfer function parameters are determined for different conductivity values using an optimization-based approach. Open-loop simulation results show that the obtained low-order models achieve over 99% accuracy for various conductivity cases. Internal model controllers are then designed for different conductivity scenarios using these reduced-order models and applied to the original system. Simulation results indicate that the designed internal model controller exhibits enhanced performance in tracking the desired reference input and rejecting disturbances compared to other methods. The system output effectively follows the desired temperature profile with appropriate speed, minimal overshoot, and zero steady-state error.این مقاله بر طراحی کنترلکننده برای کنترل دمای یک میله فلزی افقی با رساناییهای متفاوت و با استفاده از تغییر شار حرارتی متمرکز است. برای این منظور ابتدا معادلات با مشتقات جزئی حاکم بر میله با استفاده از روش تفاضل محدود به دستهای از معادلات دیفرانسیل عادی تبدیل میشود که نمایش فضای حالت را برای سیستم تحت مطالعه نتیجه میدهد. با توجه به بالا بودن مرتبه سیستم تحت مطالعه در فرم فضای حالت، پارامترهای تابع تبدیل کاهش مرتبه یافته برای رساناییهای متفاوت و با استفاده از یک روش بهینهسازی استخراج میشوند که نتایج حاصل از شبیهسازی حلقه باز نشان میدهند مدلهای مرتبه پایین بدست آمده برای رساناییهای مختلف دارای دقتی بیش از 99% میباشند. سپس با استفاده از مدلهای مرتبه پایین بدست آمده، کنترلکنندههای مدل داخلی برای حالات مختلف رسانایی طراحی شده و به سیستم اصلی اعمال میشوند. نتایج حاصل از شبیهسازی نشان میدهند که کنترلکننده مدل داخلی طراحی شده توانسته است در مقایسه با دیگر مراجع عملکرد مطلوبی را در ردیابی ورودی مرجع و دفع اثر اغتشاش از خود به نمایش بگذارد به نحوی که خروجی سیستم توانسته است دمای مطلوب را با سرعتی مناسب، با فراجهشی کوچک و بدون خطای حالت ماندگار دنبال کند.https://mme.modares.ac.ir/article_28348_d6afc47d9260056bf6ebac5a4c908540.pdfدانشگاه تربیت مدرسمهندسی مکانیک مدرس2476-690926720260622Integrated Longitudinal and Lateral Control for Path Tracking of Autonomous Vehicles Based on NMPC and MHE Under Network Delay and Uncertaintyکنترل یکپارچه طولی و عرضی برای ردیابی مسیر خودروی خودران مبتنی بر کنترلکننده پیشبین مدل غیرخطی و تخمینگر افق لغزان در شرایط تاخیر و عدم قطعیت شبکه5835972829110.48311/mme.2026.118574.82920FAشهرامآزادیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران0000-0002-5817-9838سیدشامیرشجاعیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایرانJournal Article20260101Autonomous vehicles require a precise control system capable of handling nonlinear vehicle dynamics safely perform agile maneuvers, such as lane changes. However, in real-world operating conditions, factors such as sensor measurement noise, process noise, time delays, and data packet loss can compromise the stability of the control system. In this research, an integrated control framework based on Nonlinear Model Predictive Control (NMPC) and Moving Horizon Estimation (MHE) is proposed. In the proposed method, the MHE filters out noise effects and reconstructs the system states during periods of data loss and time delays by incorporating physical constraints and the dynamic model. Subsequently, the NMPC receives the corrected states and calculates optimal commands aimed at minimizing the tracking error and maintaining passenger comfort. Simulation results of a double lane change maneuver at a speed of 108 km/h demonstrate that in a critical scenario (comprising a 100 ms network delay, 20% data packet loss, sensor noise, and uncertainties arising from employing a twin-track model with the Pacejka tire formula in the simulation plant), the proposed approach exhibits superior performance compared to the Extended Kalman Filter (EKF) algorithm. This structure fully maintains the vehicle's stability while preventing undesirable oscillations in the steering angle and traction force. Recording a maximum lateral error of 0.1 m and a Root Mean Square Error (RMSE) of 0.044 m demonstrates the outstanding performance of this system in ensuring safety and stability.خودروهای خودران به منظور انجام ایمن مانورهای سریع نظیر تغییر خط، نیازمند سیستم کنترلی دقیقی هستند که قادر به مدیریت دینامیک غیرخطی خودرو باشد. با این حال، در شرایط عملیاتی واقعی، عواملی نظیر نویز اندازهگیری سنسورها، نویز فرآیند، تاخیرهای زمانی و از دست رفتن دادهها میتوانند پایداری سیستم کنترل را به مخاطره بیندازند. در این پژوهش، یک ساختار کنترلی یکپارچه مبتنی بر کنترل پیشبین مدل غیرخطی (Nonlinear Model Predictive Control) و تخمینگر افق لغزان (Moving Horizon Estimation) ارائه شده است. در روش پیشنهادی، تخمینگر افق لغزان با در نظر گرفتن قیود فیزیکی و مدل دینامیکی، اثر نویز را فیلتر کرده و وضعیتهای سیستم را در زمانهای از دست رفتن داده و تاخیر در دریافت اطلاعات بازسازی میکند. سپس کنترلکننده پیشبین مدل غیرخطی با دریافت وضعیتهای اصلاحشده، فرامین بهینه را با هدف کمینهسازی خطای ردیابی و حفظ راحتی سرنشین محاسبه مینماید. نتایج شبیهسازی مانور تغییر خط دوگانه در محدوده سرعت ۱۰۸ کیلومتر بر ساعت نشان میدهد که در یک سناریوی بحرانی (شامل ۱۰۰ میلیثانیه تاخیر شبکه، ۲۰ درصد ریزش داده، نویز سنسورها و عدم قطعیت ناشی از استفاده از مدل چهارچرخ با تایر پژکا در شبیهساز)، رویکرد پیشنهادی در مقایسه با الگوریتم فیلتر کالمن توسعهیافته (EKF) عملکرد برتری دارد. این ساختار ضمن جلوگیری از نوسانات نامطلوب در زاویه فرمان و نیروی کشش، پایداری خودرو را کاملا حفظ میکند. ثبت ماکزیمم خطای جانبی ۰.۱ متر و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) برابر با ۰.۰۴۴ متر، نشاندهنده عملکرد مناسب این سیستم در تضمین ایمنی و پایداری است.https://mme.modares.ac.ir/article_28291_18e3edde68ba02d261c04c136b08484c.pdf