مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند

چکیده تعلیق فراصوت به‌عنوان یک فناوری پیشرو در جانمایی غیرتماسی ذرات، به دلیل استقلال از خواص فیزیکی ماده و در نتیجه آن کاربردهای گسترده در حوزه‌هایی مانند صنایع داروسازی، میکروالکترونیک و مهندسی شیمی، جایگاه ویژه‌ای در پژوهش‌های نوین یافته است. بااین‌حال، بهره‌برداری بهینه از این فناوری مستلزم شناخت عمیق پارامترهای مؤثر بر پایداری و دینامیک ذرات است. در این مطالعه، تأثیر موقعیت اولیه رهایش ذرات به‌عنوان یک عامل کلیدی، بر رفتار دینامیکی ذرات تعلیق شده در سیستم تعلیق فراصوت مورد بررسی قرار گرفت. فشار آکوستیک در فرکانس ۲۰ کیلوهرتز، با استفاده از شبیه‌سازی چند فیزیکی در نرم‌افزار کامسول مدل‌سازی و رفتار ۲۰ ذره پلی‌پروپیلن (قطر ۳ میلی‌متر، چگالی ۹۱۰ کیلوگرم بر مترمکعب) در موقعیت‌های اولیه مختلف (از 23/0 تا01/8) تحلیل شد. نیروهای درگ، فشارصوتی و گرانش به‌عنوان نیروهای موثر در گپ تعلیق درنظر گرفته شدند. نتایج به‌دست آمده نشان داد، ذرات رهاشده در مجاورت گره فشاری کم‌ترین دامنه نوسانات و کوتاه‌ترین زمان رسیدن به پایداری را تجربه می‌کنند. با افزایش فاصله‌ی محل رهایش اولیه ذرات از گره فشار دامنه‌ی نوسانی و زمان رسیدن به ‌پایداری افزایش پیدا کرده است. تاثیر این عامل بر افزایش زمان پایداری در نقاط نزدیک به بازتابنده نسبت به نقاط نزدیک به مبدل بیش‌تر بوده که به معنی وضعیت پایدارتر ذرات تعلیق شده در این نقاط است. اعتبارسنجی تجربی تطابق قابل‌توجهی با نتایج شبیه‌سازی نشان داد.

چکیده در این مقاله، مدل‌سازی دینامیکی بازوی رباتیکی با قابلیت انتقال سیال با استفاده از فرمولاسیون گیبس-اپل ارائه شده است. هدف، استخراج روابط بازگشتی کارآمد برای سیستم‌های با حجم کنترل غیرمادی است که در آن جریان سیال با سرعت ثابت، نیروهای اینرسی و کوریولیس پیچیده‌ای ایجاد می‌کند. در این پژوهش، ابتدا روابط سینماتیکی با رویکرد مادی و روش دناویت-هارتنبرگ استخراج و سپس معادلات حرکت با محاسبه تابع گیبس برای لینک‌ها، سیال و موتورها تدوین گردید. این روش با کاهش پیچیدگی محاسباتی، بستری مناسب برای کنترل زمان-واقعی فراهم می‌کند. به‌منظور اعتبارسنجی، یک بازوی ۵ درجه آزادی در دو حالت «بدون سیال» و «حامل سیال» تحت کنترل گشتاور محاسبه شده شبیه‌سازی شد. نتایج نشان داد که حضور سیال منجر به افزایش ۱۸ درصدی گشتاور مفاصل و تغییر در پاسخ‌های گذرا می‌شود. مدل پیشنهادی موفق شد خطای ردیابی را در حضور اغتشاشات هیدرودینامیکی در محدوده 15 میلی‌رادیان تثبیت کند که نشان‌دهنده دقت بالای مدل در تحلیل برهم‌کنش سیال-سازه است. نتایج این پژوهش، ابزاری مناسب برای طراحی کنترل‌کننده‌ها و شبیه‌سازی سیستم‌های رباتیکی با قابلیت انتقال سیال ارائه می‌دهد.

چکیده نانوذرات می‌توانند با ارتقای خواص ترموفیزیکی سیالات پایه منجر به افزایش کارایی آن‌ها بویژه در کاربردهای انتقال حرارت شوند. از این‌رو دستیابی به خواص ترموفیزیکی بهینه نانوسیالات از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این تحقیق، به طراحی و آموزش دو شبکه عصبی مصنوعی (ANN) پیشخور دو لایه جهت پیشگویی ویسکوزیته نسبی و نسبت هدایت گرمایی نانوسیال هیبریدی پایه آبی MWCNT-Y2O3 (با نسبت وزنی نانوذرات 80:20) پرداخته شده است. نمونه نانوسیال های مورد مطالعه، دارای غلظت های حجمی متفاوت (01/0 تا 2/0 درصد) نانو ذرات MWCNT-Y2O3 در سیال پایه بوده و مقادیر ویسکوزیته نسبی و نسبت هدایت گرمایی آنها در دماهای مختلف ˚C25 تا ˚C60) در دسترس بوده است. برای هر ANN طراحی شده به منظور تخمین هر یک از خروجی های ویسکوزیته نسبی و نسبت هدایت گرمایی نانوسیال، نمودارهای رگرسیون متناظر هر دسته از داده های آموزش، اعتبارسنجی و آزمون گویای عملکرد مطلوب شبکه بوده اند. بطوریکه میزان درصدهای خطای نسبی میانگین و بیشینه بدست آمده برای داده‌های آزمون شبکه نظیر خروجی ویسکوزیته نسبی به ترتیب برابر 5120/0 و 5450/2 و نظیر خروجی نسبت هدایت گرمایی به ترتیب برابر 1733/0 و 2874/0 حاصل شده‌اند. هم‌چنین، بر مبنای مدل ایجاد شده یک مسئله بهینه سازی چند هدفه در راستای تعیین همزمان مقادیر کمینه ویسکوزیته نسبی و بیشینه نسبت هدایت گرمایی نانوسیال تعریف شده و با استفاده از روش فرا ابتکاری بهینه سازی چندهدفه ازدحام ذرات (MOPSO) حل شده است و در پی آن مقادیر بهینه توابع هدف و پارامترهای ورودی نظیر و نمودار نقاط بهینه پارتو ترسیم شده است.

چکیده نیاز روزافزون به روش‌های تلفیق داده‌ای که بتوانند در برابر خطاها و عدم‌قطعیت‌های موجود در اندازه‌گیری‌ها پایدار مانده و در عین حال از پیچیدگی محاسباتی بالایی برخوردار نباشند، جایگاه ویژه‌ای برای طراحی تخمین‌گرهای مقاوم در سیستم‌های ناوبری دریایی ایجاد کرده است. در این پژوهش، با بهره‌گیری از اصول کنترل‌کننده‌های تناسبی–انتگرالی–مشتقی و ادغام آن‌ها با ساختار فیلتر کالمن استاندارد، یک روش تلفیق مقاوم برای سیستم ناوبری INS/DVL پیشنهاد می‌شود که هدف آن افزایش تحمل‌پذیری نسبت به نامعینی‌های موجود در اندازه گیری‌های سرعت‌سنج داپلری است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌های سیستم ناوبری نشان می‌دهد که استفاده از الگوریتم پیشنهادی، دقت و سرعت همگرایی تخمین در فیلتر را به‌طور چشمگیری بهبود می‌دهد و در سناریوهای شامل خطا یا نویز در داده‌های DVL، نسبت به ساختار تلفیقی مبتنی بر فیلتر کالمن استاندارد عملکرد قابل‌اتکاتری ارائه می‌کند. این موضوع نشان می‌دهد که روش پیشنهادی می‌تواند گزینه‌ای مناسب برای سیستم‌های ناوبری دریایی در محیط‌های عملیاتی واقعی باشد.

چکیده در این پژوهش، رزونانس اولیه میکرو لوله ویسکوالاستیک کسری تقویت‌شده با صفحات گرافن حامل سیال بر روی بستر ویسکوالاستیک غیرخطی بررسی شده است. هدف اصلی از این مطالعه، تحلیل اثرات کسر وزنی صفحات گرافن، ضرایب مدل ویسکوالاستیک کسری غیرخطی و میرایی بر رفتار ارتعاشات غیرخطی سیستم میکرولوله کانتیلور حامل سیال می‌باشد. با استفاده از تئوری میکرومکانیک، تنش کوپل اصلاح‌شده و مدل‌سازی ریاضی خواص مکانیکی صفحات گرافنی و ویسکوالاستیک کسری غیرخطی در چارچوب تئوری تیر اویلر - برنولی، معادلات حاکم بر حرکت برای میکرو لوله حامل سیال استخراج شد. معادلات با روش گالرکین گسسته‌سازی و سپس با روش مقیاس چندگانه حل گردید. نتایج نشان داد که افزایش پارامتر وزنی صفحات گرافنی منجر به کاهش سفتی غیرخطی سیستم می‌شود. همچنین دامنه پاسخ میکرو لوله با افزایش پارامتر مشتق ویسکوالاستیک کسری، کاهش بسیار قابل توجهی دارد. یافته‌های این تحقیق می‌تواند در طراحی و توسعه میکروسکوپ‌های نیروی سیال، ابزارهای پزشکی و سیستم‌های دارورسانی کاربرد داشته باشد.

چکیده اندازه‌گیری سفتی سلولی که به علت تغییر ساختار سیتواسکلتی سلول‌های سرطانی است می‌تواند در زمینه تشخیص زودهنگام انواع سرطان مورداستفاده قرار گیرد. یکی از روش‌های بررسی خواص مکانیک سطح سلول، استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) است که با دندانه گذاری سلولی می‌توان سفتی غشای سلولی را اندازه‌گیری کرد. ازنقطه‌نظر بیومکانیکی، بیماری سرطان را می‌توان با روش تعیین مدول یانگ بافت سرطانی موردبررسی قرارداد. تعیین و اندازه‌گیری مدول یانگ در سلول‌های سرطانی به دو روش تجربی و استفاده از روش‌های مدل‌سازی ریاضی انجام می‌شود. در این مقاله با بررسی نمودار نیرو-فرورفتگی به‌دست‌آمده از بررسی‌های تجربی به تعیین مدول یانگ سلول‌ها پرداخته می‌شود. برای این منظور از داده‌های نیرو-فرورفتگی اندازه‌گیری شده توسط AFM برای دو نوع سلول‌ سالم و سرطانی دهانه رحم و پروستات استفاده می‌شود. سپس مدل‌های مکانیک تماسی هرتز، JKR و تاتارا بر روی داده‌های اعمال و مقدار مدول یانگ محاسبه می‌گردد. با بررسی نتایج به‌دست‌آمده از این سه مدل مشخص می‌شود که مدول یانگ به‌دست‌آمده از مدل‌های هرتز و تاتارا بسیار به هم نزدیک می‌باشند، در حالی که نتایج به‌دست‌آمده از مدل JKR به طور چشمگیری نسبت به دو مدل دیگر کمتر است. دلیل این اختلاف استفاده از نیروهای چسبندگی در مدل JKR می‌باشد. بنابراین با توجه به نتایج به دست آمده از این مقاله، تفاوت مدول یانگ در سلول‌های سرطانی و سلول‌های سالم می‌تواند شاخصی برای تشخیص زودهنگام سرطان باشد.

چکیده هدف از این مطالعه، ارائه‌ی رویکردی برای تشخیص حرکات دست در زمان واقعی است که تنها از یک وب‌کم و نیز فناوری بینایی ماشین استفاده می‌کند و در حقیقت پردازش تصویری است که می‌تواند چندین ژست را برای استفاده در تعامل با رایانه تشخیص دهد. کارکرد این مطالعه نیز شبیه‌سازی یک پیانوی مجازی با استفاده از تشخیص ژست دست و تشخیص حرکات خاص برای هر نت پیانو است. پیاده‌سازی در MATLAB و Visual Studio C++ با استفاده از کتابخانه‌ی OpenCV انجام و مقایسه بین دو پیاده‌سازی صورت گرفته است. نتایج نشان می‌دهد پیاده‌سازی با استفاده از کتابخانه‌ی OpenCV سریع‌تر و در بیشتر موارد کارآمدتر از MATLAB است. دقت پیاده‌سازی با استفاده از MATLAB برابر با 86.45% و با استفاده از OpenCV برابر با 92.7% است. از نظر زمانی نیز تشخیص هر ژست دست متناظر با یک نت موسیقی در محیط MATLAB به زمانی حدود 1.39 ثانیه و با کتابخانه‌ی OpenCV به زمانی حدود 1.19 ثانیه نیاز دارد.

چکیده روغن‌های هیدرولیک در سامانه‌های انتقال توان ماشین‌های متحرک، به دلیل مواجهه با تنش‌های مکانیکی و حرارتی شدید، دچار پیری شتابان می‌شوند. پژوهش حاضر، با هدف بررسی مقایسه‌ای فرآیند پیری روغن‌های VG46 و VG68، در بستر عملیاتی ماشین‌های برداشت نیشکر، در اقلیم گرم خوزستان، انجام شد. این مطالعه، با طراحی میدانی مبتنی بر ۱۰۰۰ ساعت بهره‌برداری پیوسته و نمونه‌برداری منظم، در بازه‌های ۱۰۰ ساعته (مطابق با استانداردهای ISO)، تصویری روشن از سیر تحول خواص رئولوژیکی، شیمیایی و آلودگی ذرات (بر اساس استانداردهای ASTM و ISO)، ترسیم می‌کند. یافته‌ها نشان می‌دهند که گرانروی روغن‌های VG46 و VG68 ، به ترتیب 2/23 و 1/12 درصد نسبت به مقادیر اولیه کاهش داشته‌اند. در حالی که، افت شاخص گرانروی روغن‌های VG46 و VG68، به ترتیب به میزان ۱۶ و 10 درصد تعیین گردید که نشان‌دهنده‌ی تخریب زنجیره‌های پلیمری بیشتر روغن VG46، است. همچنین، نرخ افزایش شاخص اسیدی (TAN)، در روغن VG46، سریع‌تر از روغن VG68 تعیین گردید. جهش ناگهانی در شاخص اسیدی بین ۳۰۰ تا ۴۰۰ ساعت، تخلیه‌ی زودهنگام آنتی‌اکسیدان‌ها در روغن VG46 را نشان می‌دهد. از سوی دیگر، نرخ تولید ذرات معلق در روغن VG46، منجر به رسیدن کد تمیزی نهایی آن به ۲3/۲۴/۲4 و کلاس NAS، بالاتر از ۱۲ شد. در مقابل، روغن VG68، با کد ۲1/۲۲/۲3 و کلاس NAS، ۱۲ عملکرد پایدارتری را به نمایش گذاشت. بر اساس این شواهد، روغن VG68، در شرایط کاری سخت، پایداری تریبولوژیک برتری دارد و به کارگیری آن در سامانه‌های هیدرولیکی، ریسک خرابی ناگهانی اجزاء را به شدت کاهش می‌دهد.