دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 21 11 2021 08 23 Utilizing Acoustic Emission for Studying Scaling and Layup Configuration Effect on Behavior of Glass/Epoxy Composite Materials Under Low-Velocity Impact استفاده از آزمون نشرآوایی برای مطالعه تاثیر ابعاد و لایه چینی بر رفتار مواد کامپوزیتی شیشه/اپوکسی تحت ضربه سرعت پایین 719 728 11144 FA سکینه فتوحی دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران محمد رضا خوشروان آذر دانشگاه تبریز، تبریز، ایران محمد فتوحی دانشکدۀ هوافضا، دانشگاه گلاسکو، گلاسکو، اسکاتلند Journal Article 1970 01 01 Composite structures under impact loading are prone to a variety of damage mechanisms such as delamination, fiber breakage, or matrix cracking. It is proven that the impact-induced damage mechanisms of composite materials are dependent on scaling (in-plane and out-of-plane) and layup configurations. The present study has investigated the effect of scaling and layup configurations on the failure mechanisms of composite materials under low-velocity impact force using acoustic emission, C-scan and CT-scan tools. For this purpose, four samples with quasi-isotropic configurations of [45m/0m/90m/-45m]ns were manufactured, then they were loaded and acoustic signals were recorded. The three IS, PS, and SS samples were investigated based on D62624/D6264M ASTM standard test and the R sample had half of the in-plane dimension of them. The variables m and n vary according to the design plan. The obtained acoustic emission data were analyzed using sentry function, then C-Scan and CT-scan were utilized for damages’ size and location. It was proven that scaling and layup configuration affect the type and intensity of damage mechanisms as well as mechanical behavior of the laminated composites. Furthermore, the acoustic emission method is shown as an indicator of scaling and layup configuration effects in glass/epoxy composite materials under the low-velocity impact. سازههای کامپوزیتی تحت بارگذاری ضربه مستعد انواع مکانیزمهای خرابی از قبیل جدایش بین لایهای، شکست الیاف و یا ترک ماتریس میباشند. مطاعات نشان میدهد که خرابی سازههای کامپوزیتی در اثر ضربه وابسته به ابعاد (درون صفحه‌‌ای و بین صفحه‌‌ای) و چینش لایه‌‌ها میباشند. تحقیق حاضر با استفاده از روش نشرآوایی سی اسکن و سی تی اسکن به بررسی تاثیر ابعاد و چینش لایه‌‌ها بر خرابی صفحات کامپوزیتی اثر ضربه سرعت پایین پرداخته است. بدین منظور چهار نمونه با ساختار شبه ایزوتروپ با لایه‌‌چینی [45m/0m/90m/-45m]ns ساخته شده و تحت بارگذاری قرار گرفتند و سیگنال‌های نشرآوایی آن‌ها ثبت شدند. سه نمونه IS، PS و SS بر اساس استاندارد D6264/D6264M، و یک نمونه مرجع R که نصف ابعاد درون صفحهای سه نمونهی قبلی را دارند بررسی شدند. مقادیر m و n متناسب با طراحی مورد نظر تغییر کرده است. دادههای آزمون نشرآوایی با استفاده از تابع سنتری تحلیل شدند و سپس تصاویر سی اسکن و سی تی اسکن نیز جهت مشاهده اندازه و محل خرابیها به کار گرفته شدند. نتایج این تحقیق نشان داد که تغییرات ابعادی و نوع لایه چینی باعث تغییر نوع و شدت مکانیزمهای خرابی و رفتار مکانیکی مواد کامپوزیتی میشود. همچنین نشان داده شده است که آزمون نشرآوایی توانایی مشاهده تاثیر ابعاد و لایه چینی در کامپوزیتهای شیشه/اپوکسی را دارد.

https://mme.modares.ac.ir/article_11144_3103deb68465747643608bb0f506dee6.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 21 11 2021 08 23 2D Numerical simulation of the nonlinear deformation of thin plate under gaseous mixture detonation axisymmetric loading شبیه‌سازی عددی دوبعدی تغییر شکل غیرخطی ورق نازک تحت نیروی متقارن محوری انفجار مخلوط گازی 729 742 11145 FA مجتبی حقگو دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران هاشم بابایی دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران توحید میرزابابای مستوفی استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ایوان‌کی، ایوان‌کی، ایران Journal Article 1970 01 01 Numerical simulation of Eulerian fluid Lagrangian solid interaction incorporating H2-O2 mixture gas detonation plate forming by employing conservative element and solution element immersed boundary method in LS-DYNA software is proposed in this paper. The detonation mechanism includes 7 species and 16 reactions. The chemical reaction mechanism and detonation wave propagation of Eulerian solver and dynamic plastic response of mild steel thin plate of Lagrangian solver are discussed thoroughly. The Johnson-Cook phenomenological material model with failure criterion is used to provide accurate predictions of dynamic response and failure state of detonation loaded steel plates taking into account material strain-rate sensitivity and non-linearities. The 2D numerical model is validated by comparing the simulation results with experimental data for thickness strain. The simulated pressure-time history of combustion cylinder, von Mises stress and deflection pattern of plate are also represented. Furthermore, a series of numerical simulation was carried out to determine the effect of the magnitude of internal detonation pressure on plate, taking into account different combustion cylinder longitudinal capacities, pre-detonation pressures and ignition point locations. Results show that an increase of pre-detonation pressure is conducive to increase the value of maximum detonation pressure while decreasing the combustion duration. Moreover, combustion cylinder with higher longitudinal capacity is more powerful to deform the plate. شبیه‌سازی عددی تعامل سیال و سازه برای شکل‌دهی ورق با استفاده از انفجار مخلوط گاز‌های اکسیژن و هیدروژن با به کارگیری روش مرز غوطه‌ور المان بقا المان حل در نرم‌افزار ال اس داینا در این مقاله ارائه شده است. مکانیزم انفجار شامل 7 نمونه و 16 واکنش است. مکانیزم واکنش شیمیایی، گسترش موج انفجاری حلگر اویلری و پاسخ پلاستیک دینامیکی ورق‌های فولادی نرم حلگر لاگرانژی به طور مفصل بحث شده‌اند. مدل ساختاری جانسون-کوک با معیار تسلیم برای نشان دادن پاسخ دینامیکی و شرایط تسلیم نمونه با در نظرگیری رفتار غیرخطی و حساسیت به نرخ کرنش ماده به کار رفته‌اند. مدل عددی دوبعدی با مقایسه نتایج شبیه‌سازی عددی با داده‌های آزمایشگاهی برای کرنش ضخامتی اعتبارسنجی شده‌ است. تاریخچه فشار-زمان، تنش فون میسز و الگوی تغییر شکل ورق شبیه‌سازی‌شده هم بررسی شده‌اند. هم‌چنین، یک سری شبیه‌سازی عددی برای بررسی تاثیر مقدار فشار انفجار داخلی بر ورق با در نظرگیری ظرفیت‌های طولی، فشار‌های پیش از انفجار و مکان‌های نقطه‌ی جرقه‌زنی مختلف استوانه احتراقی انجام شده است. نتایج نشان‌دهنده‌ی تاثیر افزایش فشار پیش از انفجار بر مقدار بیشینه فشار انفجار و کاهش زمان کلی انفجاراند. به علاوه، استوانه احتراقی با ظرفیت طولی بیشتر، در مورد تغییر شکل ورق توانمندتر است.

https://mme.modares.ac.ir/article_11145_7e8dc0f571ac8e270a4a3ff986430e96.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 21 11 2021 08 23 Energy and Exergy Analysis of 190 W Photovoltaic Cell تحلیل انرژی و اگزرژی یک سلول فتوولتائیک 190 واتی 743 755 11146 FA محمد مزیدی شرف آبادی پژوهشکده توسعه و بهینه سازی فناوری های انرژی، پژوهشگاه صنعت نفت محمد ایمان غیاثی پژوهشگاه صنعت نفت علی سراج دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران Journal Article 1970 01 01 In this paper, the performance of a typical 190 W photovoltaic cell, located in Research Institute of Petroleum Industry, Tehran, Iran, has been studied and evaluated from the energy and exergy point of view. A computer code has been developed for modeling and determining the electrical characteristics of the system such as open circuit voltage, short circuit current, system resistances, maximum power point properties and characteristic curves. The operational and electrical parameters of the system and the environmental conditions such as solar radiation, wind speed and ambient temperature have been experimentally measured and logged on one typical day of May. For the validation of model, the results obtained from the model have been compared with the data reported by the manufacturer as well as the experimental data. The results show that the energy efficiency varies from 11.22 to 13.94 percent during the study period (7:30 AM to 5:30 PM) and its average is equal to 13.19 percent. The exergy efficiency also varies from 14.77 to 16.66 percent during the study period and its average is 15.62 percent. در این مقاله عملکرد یک پنل خورشیدی 190 واتی، واقع در پژوهشگاه صنعت نفت در شهر تهران، از دیدگاه انرژی و اگزرژی مطالعه و ارزیابی می‌شود. به منظور مدلسازی و تعیین مشخصه‌های الکتریکی سیستم نظیر ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه، مقاومتهای موجود در سیستم، ویژگیهای نقطه بیشترین توان و استخراج منحنیهای مشخصه الکتریکی، یک کد کامپیوتری توسعه داده شده است. پارامترهای عملیاتی الکتریکی سیستم و شرایط محیطی نظیر میزان تشعشع، سرعت باد و دمای محیط نیز به صورت تجربی در یکی از روزهای اردیبهشت ماه اندازهگیری و ثبت شده است. همچنین برای اعتبارسنجی مدلسازی، نتایج حاصل از آن با دادههای گزارش شده توسط سازنده و دادههای تجربی، مقایسه شده است. نتایج این پژوهش نشان میدهد که بازده انرژی در طول مدت مطالعه (ساعت 7:30 تا 17:30) از 22/11 تا 94/13 درصد متغیر بوده و به طور میانگین برابر 19/13 درصد است. بازده اگزرژی نیز در طول این مدت از 77/14 تا 66/16 درصد متغیر است و به طور میانگین مقداری برابر با 62/15 درصد دارد.

https://mme.modares.ac.ir/article_11146_9c42d4338e4e653d3ad3f12340edf005.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 21 11 2021 08 23 Taylor bubble velocity measurement by using image processing اندازه گیری سرعت حباب تیلور به کمک پردازش تصویر 757 765 11147 FA محمدحسین رمضانی دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران محمد مهدی نوروزی دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران رضا مداحیان دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران محمد رضا انصاری دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران Journal Article 1970 01 01 The purpose of this study is to generate two-phase flow patterns and to obtain a flow pattern map for two phases as water and air in a vertical pipe which is made of transparent Plexiglas. The pipe specification is 50 mm diameter and 390 cm length. In this attempt the average velocity of the Taylor bubble will be calculate. In order to facilitate this research work, a two phase flow was designed, built and adjusted at Tarbiat Modares University Two-phase flow laboratory. Three flow patterns as bubbly, slug and churn flow are generated and examined for 320 runs of different superficial velocities of air and water. A seven-layer distributor with the ability to change the number of bubbles produced is used to create a bubbly flow pattern at the air inlet. The effect of the superficial velocities of each phase on the flow pattern was evaluated and a flow pattern map was presented for 320 different data. By processing the images obtained from the high-speed camera, the average Taylor bubble velocity was calculated for different flow conditions with uncertainty in calculating the velocity. Also, for 5 different velocities of the liquid phase, a diagram of the average velocity of Taylor velocity with increasing gas velocity was drawn and compared with the Nicklin correlation which can be found in the literature هدف از این پژوهش، ایجاد انواع الگو جریان دوفازی و بدست آوردن نقشه الگو جریان برای دو فاز آب و هوا در یک لوله عمودی از جنس پلکسی گلس شفاف به قطر 50 میلیمتر و طول 390 سانتیمتر و محاسبه سرعت میانگین حباب تیلور است. سیستم آزمایشگاهی لازم جهت انجام این پژوهش در آزمایشگاه جریانهای چندفازی دانشگاه تربیت مدرس توسط تیم تحقیقاتی جریانهای چندفازی طراحی و ساخته شده است. سه الگوی جریان حبابی، اسلاگ و متلاطم برای 320 سرعت ظاهری مختلف آب و هوا ایجاد و بررسی شدند. برای ایجاد الگوی جریان حبابی در ورودی هوا از یک توزیعکننده هفت طبقه با قابلیت تغییر در تعداد حبابهای تولید شده، استفاده شده است. تاثیر سرعت ظاهری هر فاز بر الگوی جریان مورد ارزیابی قرار گرفت و نقشه الگو جریان برای320 داده مختلف رسم شد. به کمک پردازش تصاویر بدست آمده از دوربین سرعت بالا، سرعت میانگین حباب تیلور برای حالتهای جریاتی مختلف به همراه عدم قطعیت در محاسبه سرعت محاسبه شد. همچنین به کمک نتایج بدست آمده برای 5 سرعت مختلف از فاز مایع نمودار تغییر سرعت متوسط حباب تیلور با افزایش سرعت فاز گازی رسم و با رابطه نیکلین مقایسه شد.

https://mme.modares.ac.ir/article_11147_eed054ecd7a0a544cf73292836023ffe.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 21 11 2021 08 23 Analysis of the Onset Process of Spontaneous Oscillations in a Standing Wave Thermoacoustic Engine, Using the Experimental Method and an Improved Numerical Solution Method تحلیل فرآیند شروع نوسانات خوبه خودی در موتور گرماصوتی موج ایستا به کمک روش تجربی و روش حل عددی بهبود یافته 767 781 11148 FA علیرضا مرادی دانشجوی مقطع دکتری دانشگاه تربیت مدرس فتح‌اله اُمی استاد دانشگاه تربیت مدرس زهیر صبوحی استادیار پژوهشگاه هوافضا محسن بهرامی دانشجوی دکتری دانشگاه تربیت مدرس Journal Article 1970 01 01 Thermoacoustic engine is an energy conversion device that uses the energy carrying capacity of sound waves to generate sound power from thermal energy. Although it is not difficult to build thermoacoustic engines due to having no moving parts, many researchers have always tried to reduce the temperature difference required to run thermoacoustic engines, so that these devices can be used in most industries. To investigate the onset conditions of the system, temperature changes in the stack section of a standing wave Thermoacoustic engine were investigated. Numerical analysis of temperature changes along the stack, was performed using the rotts thermoacoustic equations. The temperature was calculated instantaneously along the stack, and this process continued until the thermal equilibrium was established in the system. A standing wave with an open end was designed and built to validate the temperature curves obtained at different moments. This thermoacoustic engine was able to display the temperature instantaneously along the stack with parallel plates structure. The data obtained from the experimental tests and the temperature changes diagram resulting from the numerical solution method, showed a good agreement with each other for the onset process in the system. موتور گرماصوتی یک ابزار جهت بازیابی انرژی است که با استفاده از ویژگی حمل انرژی به کمک امواج صوتی، امکان تولید توان صوتی از انرژی حرارتی را فراهم میکند. هرچند ساخت موتورهای گرماصوتی به جهت نداشتن قطعات متحرک، کار چندان دشواری نیست، اما محققان بسیاری همواره تلاش نمودهاند تا اختلاف دمای مورد نیاز جهت راه اندازی موتورهای گرماصوتی را کاهش دهند تا این دستگاه در اکثر صنایع مورداستفاده قرارگیرد. جهت بررسی شرایط شروع سیستم، تغییرات دما در بخش استک یک موتور گرماصوتی موج ایستا مورد بررسی قرار گرفت. بررسی عددی تغییرات دما در طول استک، به کمک معادلات گرماصوتی رات صورت گرفت. محاسبه دما در طول استک به صورت لحظهای صورت میگرفت که این روند تا لحظه برقراری تعادل حرارتی در سیستم ادامه مییافت. جهت اعتبار سنجی منحنیهای دمای بهدست آمده در زمانهای مختلف، موتور گرماصوتی موج ایستا با یک انتهای باز طراحی و ساخته شد. این موتور گرماصوتی قادر به نمایش دما به صورت لحظهای در طول استک با آرایش صفحات موازی بود. دادههای حاصل از تستهای تجربی و نمودارهای تغییرات دمای منتجه از روش حل عددی، مطابقت خوبی را برای فرآیند شروع عملکرد سیستم با یکدیگر نشان دادند.

https://mme.modares.ac.ir/article_11148_c5a73f074ec0f725cd2d51335da5ec77.pdf

دانشگاه تربیت مدرس مهندسی مکانیک مدرس 2476-6909 21 11 2021 08 23 Dynamic Modeling and Identification of ARAS-Diamond: A Vitreoretinal Eye Surgery Robot مدلسازی و شناسایی دینامیک ربات ارس دیاموند: ربات جراح عمل ویترورتینال چشم 783 795 11149 FA علی حسنی گروه رباتیک ارس، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران عباس بطالبلو گروه رباتیک ارس، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران سید احمد خلیل پور سیدی گروه رباتیک ارس، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران حمیدرضا تقی‌راد گروه رباتیک ارس، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران Journal Article 1970 01 01 Deriving the accurate dynamic model of robots is pivotal for robot design, control, calibration, and fault detection. To derive an accurate dynamic model of robots, all the terms affecting the robotchr('39')s dynamics are necessary to be considered, and the dynamic parameters of the robot must be identified with appropriate physical insight. In this paper, first, the kinematics of the ARAS-Diamond spherical parallel robot, which has been developed for vitreoretinal ophthalmic surgery, are investigated, then by presenting a formulation based on the principle of virtual work, a linear form of robot dynamics is derived, and the obtained results are validated in SimMechanics environment. Furthermore, other terms affecting the robot dynamics are modeled, and by using the linear regression form of the robot dynamics with the required physical bounds on the parameters, the identification process is accomplished adopting the least-squares method with appropriate physical consistency. Finally, by using the criteria of the normalized root mean squared error (NRMSE) and using different trajectories, the accuracy of the identified dynamic parameters is evaluated. The experimental validation results demonstrate a good fitness for the actuator torques (about 75 percent), and a positive mass matrix in the entire workspace, which allows us to design the common model-based controllers such as the computer torque method, for precise control of the robot in vitreoretinal ophthalmic surgery. استخراج مدل دینامیکی دقیق بازوان رباتیکی به‌منظور استفاده در فرایند طراحی ربات، کنترل، کالیبراسیون و شناسایی خطا امری ضروری است. به‌منظور استخراج مدل دینامیکی دقیق از بازوان رباتیکی، نیاز است تا تمامی ترم‌های مؤثر بر دینامیک ربات مورد بررسی قرار گرفته و سپس پارامتر‌های دینامیکی ربات با سازگاری فیزیکی مناسب مورد شناسایی قرار گیرند. در این مقاله، در ابتدا سینماتیک ربات موازی کروی ارس دیاموند، که به‌منظور عمل ویترورتینال چشم‌پزشکی توسعه داده شده است، مورد مدل‌سازی قرار گرفته، سپس با ارائه فرمول‌بندی مبتنی بر اصل کار مجازی، فرم خطی از مدل دینامیکی ربات حاصل‌شده و نتایج با استفاده از نرم‌افزار سیم مکانیکس متلب مورد صحت سنجی قرار می‌گیرند. افزون بر این، سایر ترم‌های مؤثر بر دینامیک ربات بررسی و مدل‌سازی شده و با استفاده از فرم خطی دینامیک ربات و درنظرگرفتن قید‌های فیزیکی مناسب، پارامترهای دینامیکی ربات توسط روش کمترین مربعات با سازگاری فیزیکی مناسب شناسایی می‌شوند. درنهایت، با استفاده از معیار درصد سازگاری ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده و استفاده از مسیرهای مختلف حرکت ربات، کیفیت پارامترهای دینامیکی شناسایی‌شده مورد ارزیابی قرار می‌گیرند. نتایج صحت سنجی تجربی نشان‌دهنده تخمین هفتاد و پنج درصدی گشتاور ربات و مثبت معین شدن ماتریس جرمی ربات بوده، که استفاده از کنترلرهای مدل مبنای رایجی نظیر گشتاور محاسبه‌شده، به‌منظور کنترل دقیق حرکت ربات در عمل جراحی ویترورتینال چشم را میسر می‌سازد.

https://mme.modares.ac.ir/article_11149_51a6ce0252d8fa6e913524bdce8db490.pdf