مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند

چکیده ربات‌های متحرک چرخ‌دار با توجه به مزایایی نظیر فضای کاری وسیع‌تر، متحرک بودن و قدرت مانور بالاتر، دارای کاربرد فراوانی هستند. همچنین هوشمندسازی ربات‌های متحرک برای انجام حرکت خودگران یکی از زمینه‌های مورد علاقه محققان علم رباتیک می‌باشد. در این مقاله ردیابی مسیر مشخص ربات متحرک هوشمند بر سطح شیبدار با استفاده از کنترل کننده غیرخطی مود لغزشی مورد مطالعه قرار گرفته است. ابتدا معادلات دینامیک غیرخطی ربات متحرک چرخ‌دار بر روی سطح شیبدار با استفاده از روش نیوتن-اویلر استخراج شده است. سپس یک بلوک کنترل کننده غیرخطی چندمرحله ای به منظور ردیابی مسیر ارایه گشته است. کنترل کننده، مقادیر سرعت ربات برای یافتن موقعیت ربات را تعیین کرده و سپس با فرض نامعینی‌های پارامتری در مدل دینامیک، از یک کنترل‌کننده مدلغزشی برای ردیابی مسیر مطلوب ربات استفاده شده است. شبیه‌سازی‌های متنوعی به منظور صحت‌سنجی روش کنترلی ارایه گشته، که نتایج قابلیت و کارایی روش پیشنهاد شده را نشان می‌دهد.

چکیده یکی از محدودیت‌های مهم استفاده از ترفنل-دی در محرکه‌ها و حسگر‌ها، اتلاف ناشی از پسماند مغناطیسی آن است که منجر به کاهش بازده مکانیکی در محرکه‌ها و کاهش دقت و کوچکتر شدن محدوده اندازه گیری خطی در حسگر‌ها می‌شود. در مقاله حاضر، افت توان ناشی از پسماند مغناطیسی در ترفنل-دی و عوامل موثر بر آن مورد مطالعه و مدلسازی تجربی قرار گرفته است. با استفاده از یک مجموعه آزمایشگاهی ابتکاری، رفتار مغناطیسی ترفنل-دی شامل منحنی‌های پسماند آن در چرخه‌های بزرگ و کوچک و در مقادیر مختلف فرکانس، شدت میدان مغناطیسی و پیش‌تنش مکانیکی به دست آورده شده است. از منحنی‌های پسماند به دست آمده به عنوان اطلاعات ورودی در رابطه تحلیلی افت توان ناشی از پسماند استفاده شده است. نتایج نشان دهنده آن است که افت توان ناشی از پسماند با افزایش فرکانس میدان مغناطیسی، افزایش مقدار ماکزیمم شدت میدان مغناطیسی در هر چرخه پسماند و کاهش پیش‌تنش مکانیکی، افزایش می‌یابد. سپس یک مدل تجربی مبتنی بر پارامترهای توانی با در نظر گرفتن سه عامل فرکانس، شدت میدان مغناطیسی و پیش‌تنش مکانیکی به منظور پیش بینی افت توان ناشی از پسماند مغناطیسی ارایه شده است، که اعتبار سنجی این مدل در شرایط متفاوت و جدید، نشان دهنده دقت قابل قبول آن می‌باشد. مزیت اصلی مدل تجربی ارایه شده نسبت به مدل تحلیلی این است که تنها با تعیین پارامترهای مربوط به شرایط کاری ترفنل-دی، امکان پیش بینی افت توان فراهم می‌گردد و به منحنی‌های پسماند مغناطیسی ترفنل-دی به عنوان ورودی مدل نیاز ندارد.

چکیده در این مقاله خمش و کمانش استاتیکی ناشی از توزیع‌های متفاوت تخلخل تابعی بر اساس نظریه تیر تیموشینکو بررسی شده است. مدول الاستیسیته و چگالی جرمی با توجه به دو الگوی توزیع تخلخل مشخص در جهت ضخامت در نظر گرفته شده است. سیستم معادلات دیفرانسیل جزئی حاکم بر رفتار کمانش و رفتار خمشی، از اصل همیلتون به‌دست‌آمده‌ است و برای محاسبه بارهای بحرانی کمانش و انحنای خمش عرضی، روش ریتز به کار برده ‌شده است. جهت اعتبارسنجی روش و نتایج ارائه‌شده این پژوهش، مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج ارائه‌شده در مراجع و مقالات معتبر و مدل‌سازی المان محدود صورت گرفته است. یک مطالعه پارامتری برای بررسی اثرات ضریب تخلخل و نسبت لاغری بر کمانش و خواص خمشی تیرهای متخلخل دارای تکیه‌گاه مفصلی در دو طرف تیر، انجام‌شده است. همچنین تأثیر توزیع متفاوت تخلخل بر عملکرد ساختاری بررسی شده تا به بینش‌های مهمی در طراحی این نوع تیر، برای دستیابی به مقاومت کمانش و رفتار خمشی مورد نظر دست یافته شود. طبق نتایج مطالعه پارامتری، با افزایش ضریب تخلخل و نسبت لاغری، بار بحرانی کمانش و میزان خمش افزایش می‌یابد. فوم‌های فلزی یا استفاده از روش‌های ساخت افزایشی در سال‌های اخیر استفاده و کاربرد نتایج حاصل از این تحقیق را بیشتر کرده است. از جمله کاربردهای تحقیق حاضر استفاده از این نوع مواد متخلخل جهت داربست ترمیم استخوان  را می‌توان نام برد.

چکیده در سال‌های اخیر از چسبنده‌های مصنوعی الهام گرفته از موهای پاهای مارمولک در ربات‌های دیوار نورد و گریپرها استفاده شده است. این چسبنده‌ها به عنوان روشی جدید برای جابجایی اشیا تخت در خطوط تولید مورد توجه قرار گرفته‌اند. این روش جابجایی مزایایی مانند مصرف کم انرژی و توانایی جابجایی مواد غیر مغناطیسی بر روش‌های مرسوم جابجایی اشیا تخت دارد. چسبنده‌های جهت‌دار مارمولکی بر اساس مدل چسبندگی اصطکاکی بوده و از ساختارهای نامتقارن، عمدتاً گوه‌ای شکل، استفاده کرده و به صورت جهت‌دار و فقط در یک جهت عمل می‌کنند. در این مقاله، طراحی و ساخت چسبنده مصنوعی مارمولکی با میکروساختارهای هرمی از جنس سیلگارد 184 توصیف شده است. با استفاده از میکرو ساختارهای هرمی امکان عملکرد در جهات مختلف وجود داشته، سطح چسبندگی بین میکرو ساختارهای چسبنده و ماده افزایش می‌یابد و امکان به هم چسبیدگی میکروساختارها چسبنده مارمولکی کاهش می‌یابد. در این پژوهش از روش ماشین‌کاری شیمیایی و میکرولیتوگرافی جهت ساخت قالب ریختگی این میکروساختارها استفاده شده و مراحل آن تشریح می‌شود. عملکرد چسبنده جهت‌دار هرمی پیشنهادی با استفاده از یک مجموعه آزمایشگاهی ارزیابی گردیده و نیروی چسبندگی بر روی مواد مختلف اندازه‌گیری شده است. در این آزمایش‌ها نیروی چسبندگی نرمال با استفاده از نیروی برشی کنترل گردیده است. نتایج آزمایشات نشان‌دهنده میانگین افزایش 30 درصد در چسبندگی نرمال نسبت به میکروساختارهای چسبنده گوه‌ای است.

چکیده تخمین عمر خستگی سازه‌های در حین کار، هنوز چالشی مهم در صنایع مختلف به شمار می‌آید. عمر خستگی یک قطعه شامل مجموع تعداد سیکل‌های لازم برای جوانه زنی ترک و تعداد سیکل‌های لازم برای رشد ترک می‌باشد. در بسیاری از صنایع مانند هوافضا یا صنایع پتروشیمی و پالایشی، با توجه به هزینه زیاد قطعات، نیاز است که قطعه حتی بعد ایجاد ترک نیز به کار خود ادامه دهد. لذا برای تخمین عمر می‌بایست فرایند رشد ترک خستگی مورد مطالعه قرار بگیرد. انجام تست‌های تجربی خستگی بسیار زمان‌بر و پرهزینه است، لذا امروزه استفاده از نرم‌افزارهای المان محدود برای شبیه‌سازی و مطالعه فرایند خستگی بسیار حایز اهمیت است. در این مقاله، به کمک شبیه‌سازی المان محدود در نرم‌افزار آباکوس و استفاده از معیار انتگرال J، به بررسی رشد ترک خستگی و تخمین عمر نمونه ای از جنس آلیاژ آلومینیوم سری 5000 پرداخته شده است. نتایج با داده‌های تجربی مقایسه شده و تطابق خوبی مشاهده گردیده است.

چکیده همواره انرژی یکی از نیازهای بشر بوده است ودر حال حاضر انرژی الکتریکی جزیی از ملزمات زندگی روزانه بشر شده است. یکی از راه های تامین انرژی، تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریسیته با استفاده از ژنراتورهای تریبوالکتریک می باشد. در این مقاله سعی شده اصول کاری این ژنراتورها بحث و راه حلی برای بهبود عملکرد آن و همچنین ارائه ساختار جدید برای استفاده از آن مطرح گردد. مهمترین تحقیقات در زمینه عملکرد، شامل بهبود مواد، بهبود هندسه سطح، بهبود ساختار و ... می گردد. در این تحقیق تاثیر دو پارامتر بر تولید الکتریسیته بررسی شدکه شامل میزان زبری سطح مختلف و زاویه قرارگیری دو صفحه غیرهمجنس بود. خروجی شامل ولتاژ برای زوایای مختلف قرار گیری دو سطح اصلاح شده نسبت به هم شامل یک سطح PVC و سطح دیگر آلومینیم مورد بررسی قرار گرفت. مشخص گردید ولتاژ تولیدی برای نسبت قرارگیری دو صفحه با زاویه پولیش غیر صفردرجه در شماره های مختلف کاغذ سنباده نسبت به حالت قرارگیری صفر درجه در تحقیقات پیشین، بهبود قابل ملاحظه ای را نشان می دهد. بدین ترتیب می توان نتیجه گرفت با افزایش زبری دو سطح و افزایش زبری می توان الکتریسیته بیشتری تولید کرد.

چکیده در این مقاله بهینه‌سازی پارامترهای مؤثر بر فرایند تغییر شکل پلاستیک شدید اکستروژن در کانال‌های زاویه‌دار پیچشی صفحه‌ای مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا طراحی آزمایش فرایند با استفاده از روش رویه‌پاسخ صورت گرفته است و چهار متغیر ورودی اصلی و اثرگذار روی فرایند تحت عنوان، زاویه‌پیچش، شعاع، زاویه‌کانال و ضریب‌اصطکاک استخراج شده و معادلات رگرسیون هر یک از آن‌ها برای خواص مکانیکی نمونه‌های تولید شده از این روش بدست آورده شده است. با استفاده از آنالیز حساسیت که امروزه در تولید قطعات و صنعت بسیار کاربردی است و با بهره‌گیری از آن می‌شود کیفیت قطعات تولید شده را تا میزان بسیار بالایی بهبود بخشید و هزینه‌های تولید را تا سطح زیادی کاهش داد، اثر متغیرهای ورودی را بر روی کرنش پلاستیک قطعات بررسی شده است. دراین مقاله کرنش میانگین و بیشینه و نیروی بیشینه که تحت تأثیر این متغیرهای ورودی تعریف شده‌اند بااستفاده از روش آنالیز حساسیت آماری ای-فست مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته‌اند. نتایج حاصل از تحلیل انجام شده نشان می‌دهد که کرنش میانگین تنها تحت تأثیر مقادیر زاویه‌ای پیچش و کانال قرار دارد، اما کرنش بیشینه تحت تأثیر ضریب اصطکاک قرار گرفته‌است و یک رابطه‌ی خطی مستقیم با تغییرات آن دارد. نیروی بیشینه نیز در یک حالت متعادل از تأثیر متغیرها قرار گرفته‌است. همچنین اثر کمی مقادیر زاویه پیچش 52% و زاویه کانال 48% بر روی کرنش میانگین و ضریب اصطکاک با میزان 86% و زاویه پیچش با %42 بیشترین تأثیر را بر روی کرنش و نیروی بیشینه گذاشته‌اند.