انجمن مهندسان مکانیک ایراننشریه مهندسی مکانیک ایران2538-477524420230220Design of a Neural Network Controller for Flying Robots Using a PIP and a Backstopping Trainerطراحی کنترل کننده شبکه عصبی برای ربات عمودپرواز با استفاده از آموزش دهنده مشتق گیر-تناسبی و بازگشت به عقب62825159310.30506/ijmep.2022.526994.1775FAمحمد بناکارکارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک-دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی شهر- اصفهان- ایرانحامد شهبازیاستادیار، گروه مهندسی مکاترونیک، دانشکده فنی مهندسی- دانشگاه اصفهان- اصفهان- ایرانJournal Article20210318In this paper, an intelligent neural network controller is designed that can balance a quadrotor. After comparing the two types of independent reverse controllers and PID in the simulation environment, their differences are stored as data in the software. By specifying the input data of the controller and the target data and using the feedforward neural network architecture and a Narx architecture, intelligent controllers are designed and the obtained results are shown in several stability detection diagrams. The obtained results show that the equilibrium and vertical flight control are quite acceptable. Finally, the results are tested in a practical model on a real vertical plane. In the practical model, due to the limited amount of training data, the performance of Narx network is much more appropriate than the performance of the feed network. In fact, the complexity of the Narx recursion algorithm helps to interpret the complex dynamic behavior of the system well despite the low data. The disadvantage of this type of network is its very complex hardware implementation, which requires a much more powerful processor and memory to run on the controllers.<em>در این مقاله، به طراحی یک کنترل کننده شبکه عصبی هوشمند که بتواند ربات عمودپرواز را در حالت تعادل در میان انواع اغتشاشات قرار دهد، پرداخته شده است. پس از مقایسه دو نوع کنترل کننده مستقل بازگشت به عقب و PID در محیط شبیه سازی اختلاف آن ها به صورت داده هایی در نرم افزار ذخیره شده است. با مشخص کردن داده های ورودی کنترل کننده و داده های هدف و با استفاده از معماری شبکه عصبی پیش خور و نارکس کنترل کننده ای هوشمند طراحی میشود و نتایج به دست آمده در نمودارهای تشخیص پایداری متعددی نشان داده میشود و نتایج بهدست آمده نشان میدهد که تعادل و کنترل عمودپرواز کاملاً قابل قبول بوده است. در آخر نتایج به دست آمده در مدلی عملی بر روی عمودپرواز واقعی امتحان شده است.</em>https://jmep.isme.ir/article_251593_bb92060b2313cd1bd1b75c1e37a7e561.pdfانجمن مهندسان مکانیک ایراننشریه مهندسی مکانیک ایران2538-477524420230220Design of Planning System for Automatic Turning Mission of Autonomous Car on Narrow and Wide Roadsطراحی سیستم برنامه ریز مأموریت دور زدن کامل خودکار خودروی خودران در جاده های باریک و پهن296069698610.30506/ijmep.2022.531950.1798FAسید امیرمحمد مناقبدانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایرانعلی غفاریاستاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایرانJournal Article20210611The behavior of self-driving cars is categorized into different strategic, tactical and operational levels in a hierarchical structure. In this research, a study at the local planning level aims to design an automatic turning system and Focus on path and maneuver planning (single and multi-point). The turn around maneuver as a common scenario in the required conditions, includes one or more forward and backward movements, in which the vehicle must be in the proper position in the opposite lane of the road and with a heading angle of 180 degrees. Moreover, the condition of collision avoidance is considered during the maneuver. For this purpose, the four-wheeled model of the vehicle with the relevant geometry is described; Next, on the basis of the deduced minimum permissible road width, a decision is made according to the objective of the minimum number of commands. Then the path design is presented using the proposed geometrical method with circle arcs for each initial position and orientation and generalized to the backward turning. The proposed method has advantages such as low computational cost and can be used for different situations of the initial states of the vehicle. The result of the turning simulation with sample vehicle data and continuous evaluation of the most feasible maneuver confirms the efficiency of the chosen planning approach. In a case study for the Samand car, while proper planning was done, a distance reduction of about 11% for the road with a width of 12 meters is observed compared to the path planned by one of the references.<em>برنامه ریزی و رفتار خودروهای خودران در یک ساختار سلسله مراتبی به سطوح مختلف استراتژیک، تاکتیک و عملیاتی دسته بندی میشود. در این پژوهش، مطالعه در سطح برنامه ریزی محلی با هدف طراحی سیستم دور زدن خودکار خودرو و با تمرکز بر روش طراحی مسیر و برنامه ریزی مانور تک و چند فرمانه ارائه می گردد. مانور دور زدن کامل به عنوان یک سناریوی متداول در شرایط مورد نیاز، شامل یک یا چند حرکت به جلو و عقب می باشد که در آن بایستی خودرو در موقعیت مناسب در لاین مخالف جاده و با زاویه سر 180 درجه ضمن رعایت شرط عدم برخورد در طی انجام حرکت قرار گیرد. بدین منظور نخست، مدل چهار چرخ وسیله نقلیه با هندسه مربوطه، تشریح می گردد. در ادامه بر مبنای کمینه پهنای مجاز جاده استخراج شده، تصمیم متناسب با هدف حداقل تعداد فرمان اتخاذ و برنامه ریزی مانور انجام می شود. سپس طراحی مسیر توسط روش هندسی پیشنهادی با کمان های دایره و تعمیم به دور زدن کامل عقب گرد برای هر موقعیت و جهت اولیه ارائه می گردد. روش پیشنهادی در پژوهش، مزایایی چون هزینه محاسباتی کم و در عین حال قابلیت استفاده برای حالات مختلف وضعیت اولیه خودرو و جاده را دارا می باشد. امکان سنجی دور زدن در تک یا چند مانور در جاده های باریک و پهن بررسی و توسعه داده می شود. نتایج شبیه سازی دور زدن با داده های خودروی نمونه و ارزیابی پیوسته امکان پذیرترین مانور، کارایی رویکرد انتخاب شده برای برنامه ریزی را تأیید می کند. در یک مطالعه موردی برای خودروی سمند، با استفاده از رویکرد پیشنهادی، ضمن برنامه ریزی مناسب انجام شده، کاهش مسافت حدود 11درصدی برای جاده با پهنای 12 متر نسبت به مسیر طراحی شده یکی از مراجع مشاهده می شود.</em>https://jmep.isme.ir/article_696986_b73ed2d14ebe22c2e850453aecc0692a.pdfانجمن مهندسان مکانیک ایراننشریه مهندسی مکانیک ایران2538-477524420230220Real time Detection and Tracking of the Target Object using the Yolov3 Network by the Flying Robotتشخیص و رهگیری بلادرنگ شی هدف با بهره گیری از شبکه یولو توسط ربات پرنده618270087510.30506/ijmep.2022.532546.1800FAمیرابوالفضل مختاریاستادیار، گروه خلبانی، دانشکده پرواز، دانشگاه افسری امام علی (ع)، تهرانمهرداد طاهریکارشناسی ارشد، دانشکده مکانیک، دانشگاه امیرکبیر، تهران، ایرانJournal Article20210620In this paper, artificial intelligence is applied for real-time object detection in Tello quadcopters. For this purpose, the YOLOv3 detection algorithm is employed. The results indicate that the YOLOv3 network can detect the target with above 95 percent accuracy at a speed of 15 frames-per-second for different ambient lighting and background conditions. After detecting the target, the errors are calculated and given to the control system to track the target in real-time. The designed controllers efficiently follow the target and prevent flying robots from losing sight of the target.<em>در این مقاله، از روش یولو نسخه 3 برای تشخیص بلادرنگ هدف، جهت ردیابی توسط کوادکوپتر تلو استفاده شده است. شبکه یولو با استفاده از 2000 تصویر از هدف با دقت بالای 99% آموزش دیده است. این شبکه قادر است در شرایط نوری و زمینه ای متفاوت با سرعت 15 فریم بر ثانیه و دقت تشخیص 98% و دقت تعقیب 95% هدف را شناسایی کند. بعد از تشخیص هدف خطاهای سیستم محاسبه می شود و به کنترل کننده ها داده می شود تا هدف را به صورت بلادرنگ ردیابی کند. کنترل کننده های طراحی شده به صورت بلادرنگ هدف را با خطای زیر 20% تعقیب کند و اجازه خارج شدن هدف از مرکز دید کوادکوپتر داده نمی شود.</em>https://jmep.isme.ir/article_700875_c344e498b8a2fd09f95122083868c393.pdfانجمن مهندسان مکانیک ایراننشریه مهندسی مکانیک ایران2538-477524420230220Transient and steady-state temperature distribution in thermal barrier coating systems under thermal shock and thermal time-harmonic loadingsتوزیع دمای گذرا و پایا در پوشش های سد حرارتی تحت بارگذاری شوک حرارتی و هارمونیک حرارتی8310870080510.30506/ijmep.2022.534010.1811FAامیرحسین فرتاشدانشجوی دکترا، مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه زنجاناسماعیل پورسعیدیاستاد، مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه زنجان0000-0003-4844-5554Journal Article20210713In this study, the temperature fields in the thermal barrier coating systems (TBC) under various types of thermal loading, including steady and transient thermal loadings, is investigated. Due to the widely use of TBCs on gas turbine blades and the urgent need to increase the temperature of the combustion chamber, thermal barrier coatings are exposed to a variety of harsh thermal loadings, including thermal shock and periodic thermal loads. Therefore, the need to achieve the temperature distribution in different positions in the TBCs, especially in the protective coating is crucial. At first, due to the application of non-uniform temperature distribution on the boundary of the TBC layer, the steady-state temperature distribution inside the coating-substrate is obtained. Using the solution of steady-state temperature distribution as the initial condition, the transient temperature field inside the coating-substrate system is obtained. To investigate the thermal transient response of the TBC system, dual-phase lag (DPL) heat conduction equation is utilized. Fourier and Laplace integral transformations have been used to solve the temperature field equations. The effect of various types of thermal shocks and periodic thermal loading on the TBC is investigated. The results show that the steady-state and transient temperature fields strongly depend on the type of thermal shock, the thickness of the coating and the frequency of thermal loading.<em>این مطالعه به بررسی میدان دما در سیستم</em><em> </em><em>های پوشش سد حرارتی تحت بارگذاری حرارتی پایا و گذرا می</em><em> </em><em>پردازد. پوشش سرامیکی با ضخامت</em><em> محدود</em><em> به بستر با ضخامت 5/1 سانتیمتر متصل شده است. بعد طولی لایه</em><em> </em><em>ها در مقابل ضخامتشان بسیار بیشتر است. ابتدا توزیع دمای پایا در داخل سیستم پوشش/ بستر به واسطه اعمال توزیع دمای غیریکنواخت بر روی مرزهای سیستم بدست آمد. سپس توزیع دمای پایا به عنوان شرط اولیه به مسئله گذرا معرفی شده و میدان دمای گذرا درون پوشش و بستر ارائه شد. سپس بارگذاری های از نوع شوک حرارتی بر روی مرز بالایی پوشش اعمال شد و اثرات هر یک از این بارگذاری</em><em> </em><em>ها بر روی رفتار میدان دما در سیستم پوشش/ بستر بررسی گردید. به منظور بررسی پاسخ گذرای حرارتی از معادلات انتقال حرارت غیرفوریه</em><em> </em><em>ای با تاخیر دو فازی استفاده شد. جهت حل معادلات انتقال حرارت از تبدیلات انتگرالی فوریه و لاپلاس استفاده گردید. معادلات حاکم بر دما به کمک تبدیلات مذکور، به انضمام شرایط مرزی به روش تحلیلی حل شدند. با اعمال بارگذاری شوک حرارتی و متناوب حرارتی بر روی مرز آزاد پوشش و دستیابی به توزیع دما در لایه های پوشش و بستر، ملاحظه شد که بسته به نوع بارگذاری حرارتی، این لایه نقش چشمگیری در کاهش اثرات بار حرارتی در بستر ایفا میکند. طبق نتایج، تاثیر شوک حرارتی پس از 4/13 ثانیه در فاصلهی 1 سانتیمتری از سطح آزاد پوشش سرامیکی احساس گشت. پس از موقعیت</em><em> </em><em>عمودی250 میکرون، تغییر در فرکانس بارگذاری هارمونیک حرارتی موجب نوسانات دما نخواهد شد.</em><br /> https://jmep.isme.ir/article_700805_fbff5409548a1be4ec60492cb4c66099.pdfانجمن مهندسان مکانیک ایراننشریه مهندسی مکانیک ایران2538-477524420230220Development of Electromagnetic Flowmeters Model using a Hybrid Approach Based on Numerical Simulation Results and Data Estimation Methodتوسعه مدل دبی سنج الکترومغناطیسی با بهره گیری از الگوی ترکیبی مبتنی بر نتایج شبیه سازی عددی و روش تخمین داده ها10912825510410.30506/ijmep.2022.540955.1829FAمحسن یوسفیکارشناسی ارشد، آزمایشگاه پژوهشی توربولانس، دینامیک سیالات محاسباتی و احتراق، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه قـم، قم، ایرانمحمد کاظم مؤیدیاستادیار، آزمایشگاه پژوهشی توربولانس، دینامیک سیالات محاسباتی و احتراق، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه قـم، قم، ایران0000-0003-4016-1557Journal Article20211017Electromagnetic flowmeters are high-precision devices that can be used to measure fluid flow in engineering systems, including municipal water supply networks. In this research, electromagnetic flowmeter modeling has been used which is a hybrid model based on numerical simulation results of turbulent flow and data estimation method for a pipe with a diameter of 100mm and a length of 800mm. The numerical model is built using three-dimensional simulation framework by creating a magnetic field in the center of the geometry and measuring the volume flow rate using Faraday law and Maxwell equations. In fact, the physics of the problem is such that to measure the flow rate of a fluid, a magnetic field was created in the center of the geometry where the electromagnetic inductors are located. By moving the fluid that has electrical conductivity, the intensity of electromagnetic induction was obtained at that point and the amount of velocity and flow rate was calculated using these data. For this purpose, current simulation under the effect of electromagnetic intensity was performed for the values of 0.01, 0.03 and 0.05 (Tesla) to obtain the most appropriate intensity. The results show that up to an intensity of 0.03, the magnetic field has little effect on the structure of the flow field. In order to develop an alternative model of electromagnetic flowmeter, the method of estimating the inlet average velocity based on information from numerical simulation data has been used. First, for a certain number of pressures (pressure differences), the magnetic field intensity in the position of the sensors was obtained then using these values, the inlet average velocity using direct numerical simulation was calculated. A new magnetic intensity different from the values used was obtained by data mining method. In order to ensure the accuracy of the results, the obtained data were compared with the calculated values of the software.<em>دبی سنج های الکترومغناطیسی دستگاه هایی با دقت بالا هستند که می توانند برای اندازه گیری جریان سیال در سیستم های مهندسی از جمله شبکه های آب رسانی شهری بکار روند. در این پژوهش از مدل سازی دبی سنج الکترومغناطیسی با بهره گیری از الگوی ترکیبی مبتنی بر داده های شبیه سازی عددی و روش های برازش داده برای لوله ای به قطر 100 میلی متر و طول 800 میلی متر در حالت جریان آشفته استفاده شده است. مدل عددی از شبیه سازی سه بعدی با ایجاد میدان مغناطیسی در مرکز هندسه و اندازه گیری دبی سیال با استفاده از قانون فارادی و معادلات ماکسول بهره گرفته است. در واقع فیزیک مسئله به این گونه است که برای اندازه گیری دبی سیال یک میدان مغناطیسی در مرکز هندسه که محل قرارگیری القاء کننده های الکترومغناطیسی است ایجاد شد. با عبور سیال که حاوی هدایت الکتریکی است، شدت القای الکترومغناطیسی در آن مقطع به دست آمد و با استفاده از این داده ها مقدار سرعت و دبی جریان محاسبه شد. بدین منظور شبیه سازی جریان تحت اثر شدت الکترومغناطیسی به ازای مقادیر 01/0 ، 03/0 و 05/0 (تسلا) انجام شده تا مناسب ترین شدت به دست آید. نتایج حاصل شده نشان می دهند تا شدت 03/0، میدان مغناطیسی در ساختار جریان تاثیر چندانی ندارد. به منظور توسعه مدل جایگزین دبی سنج الکترومغناطیسی از روش تخمین سرعت متوسط ورودی مبتنی بر اطلاعات داده های شبیه سازی عددی بهره گرفته شده است. ابتدا برای تعدادی فشار مشخص (اختلاف فشار) شدت میدان در موقعیت حسگرها به دست آمد، سپس با استفاده از این مقادیر سرعت متوسط ورودی با استفاده از نرم افزار بهدست آمده است. به روش داده کاوی شدت مغناطیسی جدید و متفاوت از مقادیر بکار رفته حاصل شد. به منظور اطمینان از صحت نتایج، داده های حاصل با مقادیر محاسبه شده از نرم افزار، مقایسه شده اند.</em>https://jmep.isme.ir/article_255104_c80671688e8bc436b127e44236c64d6e.pdfانجمن مهندسان مکانیک ایراننشریه مهندسی مکانیک ایران2538-477524420230220Experimental investigation of thermal performance of a sample of solar water heater vacuum tube modified with the help of nanofluidsبررسی تجربی عملکرد حرارتی یک نمونه ی آبگرمکن خورشیدی لوله خلاء اصلاح شده به کمک نانوسیالات12914770087310.30506/ijmep.2022.139448.1788FAمجتبی شفیعیاستادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول، ایران0000-0001-672-9592امیر فربهدانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول، ایرانJournal Article20210504Today, energy plays an important role in the economic growth of human societies. Among the types of energy consumed by humans, solar energy can be considered the most abundant. Therefore, over the years, various types of solar water heating systems have been developed and used. Considering the remarkable capabilities of nanofluids in improving heat transfer processes and increasing the thermal efficiency of heating systems, the use of nanoparticles as a substitute for conventional fluids in various heating systems, especially solar energy systems, as well as the effect of widely used nanofluids So much attention has been paid to increasing the thermal efficiency of the solar vacuum tube collector. In this research, the most important component, namely the efficiency of solar water heaters and also the heat transfer process using three types of nanofluid (with mass percentage 1%), has been investigated. All tests were performed in accordance with the relevant standards (ISO-9806), on sunny days. The highest increase in heat transfer of nanofluids and also the thermal efficiency of the system is related to noon (religious noon), among which, the highest efficiency is related to aluminum oxide nanofluid (AL<sub>2</sub>O<sub>3</sub> nanofluid), with a 3.46% increase compared to the base fluid (Oil fluid) is. The thermal efficiency of the system with titanium oxide nanofluid (TiO<sub>2</sub> nanofluid) and carbon oxide nanofluid (C nanofluid) as well as the base fluid (oil fluid) show 2.54%, 2.12% and 1.6%, respectively. Due to the increase in heat capacity of the nanofluids used, the heat capacity can be considered an important factor in increasing the efficiency of vacuum tube solar water heaters.<em>امروزه انرژی نقش مهمی در رشد اقتصادی جوامع بشری بازی می کند. در میان انواع انرژی های مصرفی توسط بشر، انرژی خورشید را میتوان فراوان ترین دانست. از اینرو طی سال های گذشته انواع سیستم های آبگرمکن خورشیدی ساخته و مورد استفاده قرار گرفته اند. با توجه به قابلیت های چشمگیر نانوسیالات در بهبود فرایندهای انتقال حرارت و افزایش بازدهی حرارتی سیستم های گرمایی، بررسی استفاده از نانوذرات به عنوان جایگزین سیالات متداول در سیستم های مختلف حرارتی به ویژه سیستم های انرژی خورشیدی و همچنین اثر انواع نانوسیال پرکاربرد بر افزایش بازدهی حرارتی کلکتور لوله خلاء خورشیدی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، مهمترین جزء، یعنی راندمان آبگرمکن های خورشیدی و همچنین روند انتقال حرارت با استفاده از سه نوع نانوسیال (با درصد جرمی 1%)، مورد بررسی قرار گرفته است. تمامی آزمایشات با رعایت استانداردهای مربوطه (9806 ISO-)، و در روزهای آفتابی انجام گرفته اند. بیشترین میزان افزایش انتقال حرارت نانوسیالات و همچنین راندمان حرارتی سیستم مربوط به ساعات ظهر (ظهر شرعی) است که در این میان، بالاترین راندمان مربوط به نانوسیال اکسید آلومینیوم(AL<sub>2</sub>O<sub>3</sub> nanofluid)، با 46/3% افزایش نسبت به سیال پایه (سیال روغن) میباشد. راندمان حرارتی سیستم با نانوسیال اکسید تیتانیوم (TiO<sub>2</sub> nanofluid) و نانوسیال اکسید کربن (C nanofluid) و همچنین سیال پایه (Oil fluid) به ترتیب 54/2% و 12/2% و 6/1% را نشان می دهند. با توجه به شدت افزایش ظرفیت حرارتی نانوسیال های مورد استفاده قرار گرفته، میتوان ظرفیت حرارتی را عاملی مهم در افزایش راندمان آبگرمکن های خورشیدی لوله خلاء دانست.</em>https://jmep.isme.ir/article_700873_f991936f3528205c5c1d97bf56c428f6.pdf