In this study, the vibration and stability analysis of functionally graded (FG) doubly curved panels reinforced with nano-graphene platelets (NGPLs) embedded by piezoelectric layers under the influence of aeroelastic force are investigated. Multilayer sandwich doubly curved panel makes of porous materials reinforced with nano-graphene platelets are considered. The NGPLs are assumed to be uniform and non-uniform distribution, as well as three types of targeted porosity distribution that change continuously along the thickness in each layer. This structure is always under influence of external fluid flow and modeled by the piston theory. Based on the higher-order shear deformation theory, the governing equations of motion of doubly curved panels reinforced with NGPL are obtained using extended Hamilton’s principle. Galerkin method is employed to transform the partial differential equations of motion into the ordinary equations. The effect of advanced materials including various patterns of porosity distribution, porosity coefficients, distribution or dispersion of nano graphene platelets, NGPL weight fraction, as well as the effect of structural geometric dimensions on vibrations and dynamic instabilities of structures are studied.
In this paper, an integrated controller including the anti-lock braking system along with an active suspension is designed for a quarter car model, on the basis of the improved sliding mode control algorithm. Dynamical model of the active suspension along with the anti-lock braking system are derived using the Newton-Euler equations. Also, in order to model the friction between the tire and the road surface, the Pacejka model is used. The application of the control algorithm for the ABS yields a higher safety rate for the vehicles. On the other hand, the active suspension system beside the anti-lock braking system can improve the car safety and passenger comfort. To increase the friction between tire and the road surface, the active suspension system increases the normal force over the tire. Consequently, the performance of the braking system is improved with decreasing the stopping distance. In order to design the hybrid control system, the sliding mode control (SMC) system and proportional-integral-derivative (PID) controller are merged. In the PID-SMC strategy, the sliding surface is defined based on the PID algorithm. This novel control algorithm can decrease the chattering phenomenon besides shortening the stopping distance that yields the reduction of energy consumption.
In this paper, a non-dimensional analysis approach has been used to propose two empirical equations based on dimensionless numbers to predict the maximum transverse permanent deflection-thickness ratio of single-layered quadrangular plates under uniformly and locally distributed dynamic loading. In the presented dimensionless numbers, the effect of plate geometry, the impulse of the applied load, the mechanical properties of the plate, the strain-rate sensitivity, and the loading radius have been considered. To validate the empirical models, eight series of conducted experiments and 267 data points in the state of the art over the past forty years have been used. The obtained results show good agreement between the model prediction results and the experimental values so that in the total of 117 experimental data for uniform loading, 94% (110 data) and 98% (115 data) of the data points were distributed in the ±10% and ±20% error range, respectively. Besides, in the total of 150 experimental data for localized loading, 83% (124 data) and 97% (146 data) of data points were distributed in these two ranges, respectively. The results also showed that assuming the material constants as variables based on the plate thickness, in the Cooper-Symonds constitutive equation improves the prediction accuracy of the empirical models so that only 6% and 12% of the data for uniform and localized loading respectively, are not within the 10% error range.
Magnetic levitation systems (Maglev) are widely used in various industries. The open loop Maglev system is highly nonlinear and unstable. Therefore, designing a simple, but effective controller for such a system is a challenging issue. In this paper, a fractional order predictive functional controller (FPFC) is proposed for the control of the magnetic levitation system based on its linearized unstable model. At first, the unstable plant is decomposed into two stable models. Then, using these two stable models and employing fractional order cost function, the PFC controller is designed. Because of more degrees of freedom and its flexibility of fractional order calculus, the proposed fractional PFC would improve the performance of closed loop systems, noticeably. Robust stability of closed-loop systems has also been studied considering the uncertainties and model mismatches via the small gain theorem. Simulation results show good performance of the proposed controller in nominal and perturbed conditions. Based on provided simulations, via the proposed controller, overshoot has been omitted and performance indices have been improved more than 50% with respect to the first and second orderof freedom integer/fractional order PID controllers, designed for this system, in the literature.
In this study, the solid particle erosion of Al 7075-T6 and Ti-6Al-4V alloys, as two typical alloys in an aircraft structure, under multiple particle impact is investigated using finite element modeling. The erosive behavior of these alloys has been simulated as a micro scale impact model based on Johnson-Cook constitutive equations using the representative volume element technique. Erosive behavior is usually described by the ratio of the eroded material of the alloy surface to the mass of the eroding particles which is called the erosion rate. In this study, the results of the finite element model are validated by comparison with the results of typical erosion models. Then, the two most effective factors on erosive behavior, impacting particles’ velocity and particles’ impact angle, are to be investigated. Results show that there is an exponential relation between the particles’ velocity and the erosion rate. According to the results, maximum erosion rates of Ti-6Al-4V and Al 7075-T6 have been recorded at the impact angles of 40 and 30 degrees, respectively. It is shown that Ti-6Al-4V is more erosion-resistant than Al 7075-T6.
An adaptive terminal sliding mode control scheme is presented for Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) vibrational gyroscope system in this paper. In this approach the dynamics of the vibrational gyroscope system is eliminated by using inverse dynamic method to reduce the bounds of existing uncertainties. the designed terminal sliding mode control vector is provided a global asymptotic stability for close loop system with uncertainties. In this paper, an adaptive estimator is proposed to prevent the occurrence of a chattering problem at the control input, which has only one law. The mathematical proof shows that the closed loop system, with proposed adaptive terminal sliding mode controller with uncertainties has a global asymptotic stability. Four-phase simulations are implemented on the MEMS vibrational gyroscope system to demonstrate the performance of the controller and compare it with other similar controllers. The simulation results show that the proposed adaptive terminal sliding mode controller has desired performance.
Modeling and control of Unmanned Aerial Vehicle is undoubtedly one of the most active areas in the field of control engineering. The characteristics of aerial vehicles such as nonlinear dynamics, time variability and the structural and parametric uncertainties make flight control issue relatively a complex and important subject. One of the widely used methods in this area is sliding mode control technique. This paper proposes the design, the simulation, and the analysis of two controllers namely PID and sliding mode in order to optimally control the pitch angle of an unmanned aircraft. Initially, in order to model the dynamic system, an appropriate mathematical model is presented to describe the longitudinal motion of aircraft. Subsequently, a robust sliding mode controller is designed using particle swarm optimization (PSO) algorithm to control the pitch angle of an aircraft against the uncertainties and the external disturbances. The optimal parameters are determined by minimizing both the control signal and tracking error. Then, the performance quality of the proposed method was compared with the results of the optimal PID controller in terms of transient response characteristics. Finally, simulation results indicated that the proposed sliding mode controller can reduce the overshoot of system response and yield more robust performance than PID for the control of pitch angle.
Recently integrated navigation systems are developed to use the advantages of both inertial navigation and global positioning system. In such integrated navigation systems when the GPS signal is missed, the system works based on inertial navigation data. In this condition the navigation error increases progressive, especially when the INS sensors have low accuracy. To overcome this problem in most of the previous researches neural networks or support vector machines are applied to learn the navigation errors when the auxiliary navigation signal exists. As soon as the auxiliary navigation signal is lost the output of trained NN’s are summed with the output of inertial navigation system to remove the navigation errors directly. In this paper a method is proposed to decrease the navigation error rate in presence of process and measurement noise. Actually here multilayer perceptron neural networks are trained to learn the navigation errors when the auxiliary navigation signal is received, then the output of neural networks are applied to a Kalman filter which estimates the navigation errors. Simulation is carried out on three different 6Dof paths. The results show that the proposed method is independent of flight path and has more effective performance in compare with mentioned methods.
In this paper, a new constraint predictive PID controller is proposed and simulated for a flight vehicle with too many operating points. In this approach, the PID and the incremental predictive control methods are combined in order to use the benefits and resolve the disadvantages of the both methods. The constrained optimal signal of the new method is calculated by a simple algorithm without need to generate large matrices. Simplicity of the presented controller with small dimensions is the reason for the implementation capability of the method for flight vehicle control system with many operating points. Since the generalized incremental predictive control has high robustness in the presence of the unmodeled uncertainties, the presented predictive based controller covers many operating points. The designed method is implemented for three channels of a flight vehicle and then, successfully tested in the hardware in the loop lab. Simulation results show high robust performance and real time implementation capability.
در مقاله حاضر، روشی نوین برای هدايت بهينه فاز بازگشت به جو پیشنهاد میگردد. این روش هدایت مبتنی بر بهینهسازی مسیر لحظهای و برخط است که در آن، فرامین بهینه هدایت از حل متوالی مسائل کنترل بهینه بهدست میآیند. بهمنظور حل سریع و برخط مسائل کنترل بهینه، از رویکردی ترکیبی مشتمل بر مفاهیم همواری دیفرانسیلی، منحنیهای بیاسپیلاین، همنشانی مستقیم و برنامهریزی غیرخطی استفاده میشود. با انجام فرآیند بهینهسازی مسیر در قالب یک حلقه بسته کنترلی و پیادهسازی قواعد کنترل افق پسین، میتوان پاسخهای حلقه باز کنترل بهینه را به شرایط لحظهای جسم و هدف وابسته کرد. در این حالت، میتوان فرامین هدایت را براساس توابع هدف و قیود متنوعی تولید نمود و عدم قطعیتهای مدل را با واردنمودن شرایط لحظهای وسیله به بخش بهینهسازیکننده مسیر درنظرگرفت. بهمنظور نشاندادن قابلیتهای روش هدایت پیشنهادی، مثالی عددی از هدایت یک جسم بازگشتی در حضور عدم قطعیتهای مدل و باد ارائه میشود.
در این مقاله، روش طراحی مسیر ربات متحرک در محیط دینامیکی ناشناخته ارائه میشود. موانع موجود در محیط دینامیکی متحرک بوده و دارای سرعت و شتاب میباشند و مسیر حرکت موانع قبل از حرکت برای ربات معلوم نیست و بهصورت بههنگام اطلاعات حرکتی موانع هنگامیکه در محدوده سنسورهای ربات قرار گیرد از محیط کسب میکند. در این روش ربات در هر لحظه با استفاده از مکان هدف و بردارهای موقعیت نسبی و سرعت نسبی بین ربات و مانع، جهت حرکت خود را به طریقی تعیین مینماید که حداقل اختلاف را از خط واصل بین ربات و هدف داشته باشد. اینکار را برای اجتناب از موانع ثابت و متحرک و رسیدن بدون برخورد ربات به هدف ثابت بهصورت مداوم تکرار مینماید. جهت محاسبه و شبیهسازی، حداکثر سرعت موانع کمتر از سرعت ربات جهت حرکت بهسمت هدف درنظر گرفته شده است. از طریق محاسبه تئوری و سپس شبیهسازی در نرمافزار متلب مشخص گردید که روش ارائهشده برای تعیین مسیر حرکت بدون برخورد ربات در محیط دینامیکی ناشناخته با وجود موانع ثابت و متحرک موثر و کارا میباشد.
در اين مقاله، توزيع تنش ميانلايهاي در اتصالات چسبي تكلبه و جفتلبه مورد بررسي قرار گرفته است. يك معادله جابهجايي درجهدوم براي چسب در راستاي ضخامت درنظر گرفته شده است. براي تحليل تنش اين اتصال، نمودار جسم آزاد الماني از الياف، در نواحي چسبي و غيرچسبي اتصال رسم شده و با نوشتن معادلات تعادل براي اين المانها، معادلات ديفرانسيل حاكم بر اتصال استخراج شده است. سپس، با حل معادلات حاكم و با استفاده از معادلات شرايط مرزي، مقادير جابهجايي در الياف و درنتيجه تنش برشي ايجاد شده در چسب و بار محوري ايجادشده در الياف بهدست آمده است. علاوهبر اين موارد، اثرات انبساط گرمايي و نم گرمايي نيز درنظر گرفته شده است. نتايج نشان ميدهند كه توزيع تنش علاوهبر مشخصات هندسي همچون ضخامت و طول ناحيه چسبي، به مشخصات فيزيكي اتصال از جمله مدول يانگ، ضريب پواسون و ضريب انبساط حرارتي لايه نيز بستگي دارد. برخي از انواع اتصالات توزيع تنش يكنواختتري نسبت به بقيه دارند. مثلا تنش برشي بيشينه در اتصال جفتلبه تقريبا نصف اتصال تكلبه است. نتايج حلهاي تحليلي با نتايج بهدستآمده از حل اجزا محدود بهوسيله نرمافزار ANSYS صحتسنجي شده است و تطابق خوبي بين اين نتايج مشاهده شده است.
از آنجاکه رفتار مواد در مقياس نانو تفاوت آشکاری با رفتار در مقياس معمول دارد، روشهای متنوع و جديدی برای مطالعه رفتار مکانيکی مواد در مقياس نانو ابداع شدهاند؛ یکی از این روشها، استفاده از مدل غیرموضعی میباشد. در این مقاله رفتار تیر بر روی بستر الاستیک وینکلر و پاسترناک با درنظرگرفتن اثرات غیرموضعی در ابعاد نانو بررسی شده است. از تئوری تیر اویلر- برنولی برای مدلسازی تیر استفاده شده است. معادلات حاکم بر رفتار تیر با استفاده از روش جابهجایی مجازی بهدست آمده است و از روش تحلیلی برای حل معادلات حاکم بر مسئله استفاده شده است. مقادیر خیز بیشینه، بار کمانش بحرانی و فرکانس طبیعی برای شرط مرزی تکیهگاه ساده بهازای مقادیر مختلف تکیهگاه الاستیک و پارامتر غیرموضعی بهدست آمده است. نتایج بهدستآمده نشان میدهد که لحاظکردن اثرات غیرموضعی موجب افزایش خیز و کاهش نیروی کمانش بحرانی و فرکانس طبیعی میشود. همچنین بستر الاستیک موجب کاهش خیز و افزایش نیروی کمانش بحرانی و فرکانس طبیعی میشود.
در مقاله حاضر، فرایند بهینهسازی یک هندسه جدارنازک فروریزشی جاذب انرژی برمبنای روش طراحی آزمایشها ارائه شده است. بهینهسازی برای بیشترین قابلیت جذب انرژی و کمترین شوک برخورد انجام شده است. بر این اساس، تعداد چهار پارامتر کنترل هندسه انتخاب شده است، که برای هریک دو سطح مقداری پیشفرض مورد استفاده قرار داده شده است. در مجموع 16 مدل عددی با هندسه متفاوت تهیه و رفتار فروریزشی این هندسهها بهصورت مدل پوسته سهبعدی در نرمافزار LS-Dyna شبیهسازی شده است. مدل ماده مورد استفاده برای جاذب آلیاژ آلومینیمی، با رفتار الاستیک- پلاستیک است که مشخصات آن از آزمون کشش استخراج شده است. مدل عددی جاذب در مجاورت سطوح تکیهگاهی و نگهدارنده و در برابر برخورد دینامیکی جرم متحرک با انرژی مشخص در راستای محوری تحلیل شده است. مقایسه نتایج شبیهسازی و بررسی براساس روش طراحی آزمایشها به تعیین شکل و میزان اثرگذاری پارامترهای تغییردادهشده و ترکیب اثر آنها بر رفتار نمونه جاذب منتهی شده است. نشان دادهشد که، اهمیت ضخامت سازه جاذب در رفتار آن قابل توجه است. همچنین، مشاهده شد که علاوهبر اینکه شعاع انحنا، در انتهای بسته هندسه عاملی مهم در تعیین مشخصات رفتار سازه جاذب است، بلکه بیشترین تاثیر را دارا است. علاوهبر این، برای تایید مدل عددی استفادهشده یک مساله شبهاستاتیکی مشابه مورد تحلیل قرار داده شده است و با نتایج حاصل از آزمون آزمایشگاهی مقایسه شده است که همخوانی مناسب نتایج کیفیت مناسب شبیهسازی را تایید میکند
در این مقاله دو هدف دنبال میشود. اول آنکه از آزمون رهاسازی استفاده شده تا خواص دینامیکی (سختی و میرایی) یک ضربهگیر هیدرونیوماتیک بهصورت تجربی استخراج شود. همچنین، فرمول تئوری استخراج میشود که مقدار سختی و میرایی این نوع ضربهگیرها را برحسب پارامترهای آن بهدست میدهد. دوم آنکه، با استفاده از اندازهگیریهای انجامشده، طیف پاسخ شوک رسم میشود تا با استفاده از آن، مقدار شدت شوک اندازهگیری شود که برای کاربردهای تحلیل و طراحی قابلیت استفاده دارد. سپس با بهکارگیری این اطلاعات و استفاده از یک معیار تجربی، نواحی بحرانی استخراج میشود. مشاهده میشود نتایج آزمون رهاسازی و فرمول استخراجشده توافق خوبی دارند که میتوان جهت طراحی و تحلیل از آنها استفاده کرد.
در این مقاله، پایداری استاتیکی و دینامیکی یک قایق پرنده در مود طولی در شرایط پرواز با سرعتها و ارتفاعهای مختلف مورد بررسی قرار میگیرد. سپس از دو روش مختلف برای کنترل ارتفاع قایق پرنده استفاده شده است. منطق فازی و ترکیب آن با کنترلرهای تناسبی- انتگرالی- مشتقی. مزیت اصلی استفاده از روش کنترل فازی این است که با این روش سامانه تطبیقپذیری بیشتری نسبت به سایر کنترلکنندههای مدل مبنای معمول دارد. برای انجام طراحی سامانه کنترل نگهدارنده ارتفاع یک قایق پرنده، از یک مدل دقیق سامانه اثر سطحی در فرم فضا حالت و ضرایب آیرودینامیکی یک مدل قایق پرنده استفاده شده است. کنترلکنندهها در یک مرحله شبیهسازی با نرمافزار متلب مورد مقایسه قرار گرفتهاند. نتایج شبیهسازی رضایتبخش بوده و کنترلکننده فازی کارایی و دقت بیشتری نسبت به روش مدل مبنای معمول از خود نشان داده است.
در این مقاله، رفتار ارتعاشی تیر مدرج تابعی دوار براساس تئوری تیر تیموشنکو مورد بررسی قرار گرفته است. خواص فيزيکي و مکانيکي تیر مدرج تابعی مطابق تابع تواني از جزء حجمي مواد تشکيلدهنده آن در راستاي ضخامت تیر مدل شده است. معادلات حاکم با روش عددی تیدیل دیفرانسیل حل شده است. اثر تغییرشکل برشی و اینرسی دورانی تیر درنظر گرفته شده است. برای صحتسنجی نتایج بهدستآمده در این مقاله، نتایج بهدستآمده با نتایج حاصل از کارهای گذشته مقایسه شده است. تآثیر پارامترهای مختلف همچون شاخص جزء حجمی ماده مدرج تابعی، ضریب لاغری، سرعت دورانی و شعاع هاب تیر دوار بر روی فرکانس طبیعی اول و فرکانس های بالاتر و شکل مدهای مختلف آن بررسی شده است. نتایج حاکی از آن است که با تغییر شاخص جزء حجمی میتوان مقادیر فرکانس طبیعی را بهصورت دلخواه تغییر داد. همچنین با افزایش ضریب لاغری فرکانس طبیعی بهطور محسوسی افزایش مییابد ولی شعاع هاب تأثیر محسوسی روی فرکانس طبیعی ندارد. مؤثرترین پارامتر بر تغییرات فرکانس طبیعی تیر مدرج تابعی دوار، تغییرات سرعت طوقه دوار است که با افزایش سرعت شیب تغییرات فرکانس طبیعی نسبت به سایر پارامترها بیشتر است. نتايج حاصل مدل سادهشدهاي براي مطالعه پارامتري و درک مشخصات ارتعاشی تیر مدرج تابعی دوار ارائه ميدهد.
در اين مقاله، به مسئله تاثيرالزامات سامانه انطباق عوارض زمینی در طراحي مسير بهينه و مقيد براي وسايل پرنده بدون سرنشين که ملزم به پرواز برفراز عوارض زمينيدر ارتفاع پايين هستندپرداخته شده است. باتوجه به اينكه در بعضي پرندهها از سامانه مزبور بهعنوان سامانه کمک ناوبري استفاده ميشود، اين سيستم در مناطق ناهموار کارايي بيشتري دارد و با توجه به اينکه الگوريتمهاي طراحي مسير بهينه عموما سعي در عبور مسير از مناطق هموار و کمارتفاع دارند، با اين تناقض، تامين الزامات اين سيستم کار پيچيدهاي است. در اين مقاله سعي در ارائه مسير بهينه و مقيد با تضمين بهکارگيري سامانه انطباق عوارض زمینی شده است. بدينمنظوربا توسعهالگوريتمي مبتني برشبكه جريان لايهاي روي دادههاي ديجيتالي عوارض زميني و بهکارگيري معادلات ديناميک سهبعدي پرنده در فضاي گسسته همراه بااعمال قيود ديناميكيو تابع هزینه،مدل کاملياز پارامترهاي تاثيرگذار سامانه مزبور در آن لحاظشدهاست.الگوريتم حاصله با اعمال شرايط اوليهو در كمترين زمان ممكن، مسير بهينه و مقيدي توليد ميکند که محدودههاي مجاز پارامترهاي تاثيرگذار سامانه مزبور در آن تامین شده است. نتايج عددي شبيهسازي، صحت اين مسئله رانشان ميدهد.
در این تحقیق، به تحلیل ارتعاشات تیر غیرخطی هندسی یکسرگیردار و بررسی پدیدههای پرش و دوشاخگی پرداخته شد. ابتدا معادلات دیفرانسیل پارهای تیر با درنظرگرفتن عوامل مختلف غیرخطی ارائه گردید و سپس با استفاده از شکل مود اول تیر یکسر گیردار، معادله دیفرانیسل غیرخطی معمولی حاکم بر آن بهدست آمد. در ادامه برای حل معادله غیرخطی از روش بالانس هارمونیکی و برای تحلیل رفتار فوقهارمونیک، از بالانس فوقهارمونیکی استفاده شد. با توجه به معادله پاسخ فرکانسی بهدستآمده، پدیده پرش و ناپایداری دامنه نوسانات سامانه برحسب مقادیر مختلف فرکانس نیروی تحریک، بررسی گردید. با توجه به مشاهده حساسیت سامانه در محدوده یکسوم فرکانس تشدید با استفاده از تحلیل فوقهارمونیکی، پدیده پرش، دوشاخگی و آشوب در محدوده فرکانسی ذکرشده مورد بررسی قرار داده شد. درنهایت جهت صحهگذاری نتایج، از حل عددی رانگکوتای مرتبهچهار استفاده گردید که صحت روش تحلیلی را تأیید نمود.
