علیرضا شوشتری

یکی از مسائل امروزه بشری، تامین منابع انرژی بدون استفاده از ذخایر طبیعی می باشد. کاهش سوخت های فسیلی باعث شده است تا علوم و فن آوری های نوینی در برداشت انرژی های سبز ظهور کنند. از جمله این علوم، برداشت و ذخیره سازی انرژی از نوسانات و ارتعاشات محیط پیرامون است. در این رساله، یک مکانیزم ارتعاشی متشکل از یک تیر یک سرگیردار عمودی و فنرهایی با مکان متغیر پیشنهاد و مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین، یک برداشت کننده الکترومغناطیسی متشکل از تعدادی آهن ربا و سیم پیچ در این مکانیزم تعبیه شده است. آهن رباها در انتهای آزاد تیر نصب شده اند و سیم پیچ ها نیز در مسیر حرکت رفت و برگشتی انتهای آزاد تیر قرار گرفته اند. با تحریک پایه تیر و متعاقبا نوسان تیر، انتهای آزاد آن به درون سیم پیچ حرکت کرده و سبب القای جریان الکتریکی در سیم پیچ می شود. به کمک یک مدار الکتریکی ساده که به دو سر سیم پیچ متصل شده است، انرژی الکتریکی از مکانیزم پیشنهادی قابل برداشت است. در ادامه ی تحقیقات این رساله، یک کنترل کننده تطبیقی پیشنهاد شده است که به کمک آن، مکان فنرها دائماً تغییر کرده و به این ترتیب به ازای هر تحریک پایه، تیر دائماً نوسان می کند. همچنین استفاده از کنترل کننده پیشنهادی این امکان را فراهم می کند که علی رغم وجود نامعینی در پارامترهای سیستم و نیز اغتشاشات خارجی ناشناخته مانند انرژی باد، همواره انرژی از مکانیزم پیشنهادی برداشت گردد. معادلات توصیف کننده رفتار الکترومکانیکی مکانیزم پیشنهادی از معادلات لاگرانژ استخراج شده است. به منظور برداشت بیشینه انرژی، پارامترهای موثر در برداشت انرژی، به کمک الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات، استخراج شده اند. از سوی دیگر، از روش کنترل سطح دینامیکی برای طراحی قوانین تطبیقی و کنترلی استفاده شده و پایداری سیستم حلقه بسته با استفاده از تئوری پایداری لیاپانوف مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور نشان دادن اثربخشی مکانیزم و کنترل کننده پیشنهادی، شبیه سازی عددی برای تیر ارائه شده و پس از مدل سازی تحلیلی، نمونه ای از مکانیزم پیشنهادی ساخته شده است. مطابق بررسی های به عمل آمده، ضمن این که نتایج تجربی و تحلیلی تطابق خوبی دارند، می توان به میزان 9/1 میلی وات انرژی الکتریکی از سیستم برداشت نمود. این انرژی، برای کاربردهای کم توان و تجهیزات الکترونیکی کم مصرف نظیر حسگرها قابل

سالانه مقادیر زیادی از محصولات کشاورزی در اثر بارهای دینامیکی و سایر آسیب‌های مکانیکی که از طرف اجزای متحرک ماشین‌ها هنگام برداشت، حمل و نقل، انبار کردن و بسته‌بندی به آن‌ها وارد می‌شود از بین می‌روند یا دچار افت کیفیت می‌شوند. این در حالی است که تاکنون بیشتر تحقیق‌های انجام‌شده برای تجزیه و تحلیل عملیات‌های مذکور با آزمون‌های عملی همراه بوده است و نتایج آن فقط در شرایط خاص می‌تواند مورداستفاده قرار گیرد. هدف از این مطالعه شناسایی فرکانس‌های طبیعی و مودهای ارتعاشی در میوه پرتقال رقم تامسون با استفاده از روش آنالیز مودال اجزای محدود می‌باشد. به‌منظور شبیه‌سازی رفتار دینامیکی میوه پرتقال از آزمون پاندول به‌وسیله حسگرهای نیروسنج و شتاب‌سنج سه‌محوره در دو راستای قطبی و استوایی به میوه پرتقال ضربه وارد شد. مدل هندسی سه‌بعدی میوه پرتقال در نرم‌افزار انسیس ترسیم شد و با استفاده از روش‌های آزمایشگاهی مشخص، خواص فیزیکی و مکانیکی پوست و گوشت میوه پرتقال تعیین گردید. پس از مرحله شبکه‌بندی و اعمال شرایط مرزی، 20 مود اول و فرکانس‌های طبیعی متناظر با آن به‌دست‌آمد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که فرکانس‌های طبیعی میوه پرتقال در محدوده 0 تا 248.41 هرتز می‌باشد. از نتایج این تحقیق می‌توان در طراحی ماشین‌های برداشت و بهینه‌سازی مکانیزم‌های پس از برداشت و حمل و نقل به‌منظور کاهش ضایعات استفاده نمود.

ناهمراستایی یاتاقان ها و اجزای متصل به آنها از عیوب متداول در ماشین آلات میباشند. یکی از انواع مهم ناهمراستایی، کجی رینگ های یاتاقان ها است. در این پژوهش، قصد بر آن است که اثرات کجی واشر شفت مربوط به یک یاتاقان کفگرد تک ردیفه بر پاسخ ارتعاشی سیستم بررسی شود و سپس از این پاسخ برای امضاهای اختصاصی عیب مذکور در یاتاقان کفگرد نتایجی حاصل شود. برای این منظور یک مدل دینامیکی جدید شامل 4 درجه ازادی برای این یاتاقان، هوزینگ و شفت سوار بر آن در نظر گرفته شده است. نیروهای تماسی بین توپی ها و واشرها طبق رابطه هرتز توصیف شده اند و سختی و میرایی معادل خمشی برای شفت و هوزینگ در نظر گرفته شده است. در ادامه برای توصیف حرکت دینامیکی سیستم ازمعادلات اویلر استفاده شده است. این سیستم غیرخطی، بوسیله روش عددی رانک کوتا فلبرگ حل میشود. نشان داده میشود که این پاسخ ها حاوی فرکانس ها و فازهایی هستند که امضای تخصصی وجود کجی واشر شفت در یاتاقان کفگرد را پشتیبانی میکنند. صحه سنجی پاسخ ها بوسیله نرم افزار انسیس انجام شده است. بررسی تاثیر پارامترهایی مانند مقدار کجی واشر شفت و نیروی محوری خارجی وارد بر یاتاقان، بر پاسخ ها نیز نشان داده شده است. برای صحه سنجی بیشتر، یک تست ریگ یاتاقان کفگرد در نظر گرفته شده است. در ادامه، اثرات سرعت چرخش شفت، مقدار کجی و نیروی خارجی محوری بر امضای کجی واشر شفت و واشر هوزینگ در چندین موقعیت نسبی سنسورها مورد مطالعه قرار گرفت. نشان داده شده است که کجی واشر شفت یاتاقان کفگرد دارای امضای فرکانس خاص و الگوی فاز سنسور در نمودار تبدیل سریع فوریه است. همچنین با مقایسه دامنه ورودی و خروجی نشان داده شده است که این سیستم یک سیستم ازمایشگاهی دینامیکی غیر خطی است. همچنین وجود پدیده چند شاخگی یکی دیگر از دلایل غیر خطی بودن سیستم است. علاوه بر این، با بازخوانی پاسخ سنسور و مقدار خطای نسبی فرکانس عبور توپی از رینگ داخلی، روشن است که کجی واشر شفت یاتاقان کفگرد نوعی رفتار آشوب را ایجاد می کند که از امضای فرکانس کجی واشر شفت و الگوی تفاوت فاز سنسورها حمایت می کند. این امر با تعریف تابع چگالی نقاط پوآنکاره برای نتایج فرکانس امضای واقعی و ایده ال مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت، نشان داده شده است که این روش تشخیص، کاربردی جدید برای آنالایزرهای ارتعاش سنج تک کاناله دارد.

مواد مگنتوالکتروالاستیک، مواد هوشمند نوظهوری هستند که امکان تبدیل انرژی های الکتریکی، مغناطیسی و مکانیکی را به یکدیگر فراهم می نمایند. اثر مگنتوالکتریک مهم ترین مشخصه این مواد هوشمند است. به دلیل وجود این اثر، با اعمال یک میدان مغناطیسی به یک ماده مرکب مگنتوالکتروالاستیک، جریان الکتریکی تولید می گردد. بنابراین، از برداشت کننده های انرژی ساخته شده از مواد مگنتوالکتروالاستیک می توان برای تامین انرژی الکتریکی حسگرها و عملگرهای به کار رفته در تجهیزات دوار مانند پره های توربین و نیز سایر کاربردهایی که استفاده از روش های متداول تامین انرژی الکتریکی دارای محدودیت های زیادی است، استفاده نمود. درک رفتار دینامیکی سازه های ساخته شده با این مواد، نیازمند تعیین پاسخ فرکانسی این سازه ها می باشد. در این رساله، ارتعاشات غیرخطی ورق مستطیلی و پوسته دو انحنایی کم عمق مگنتوالکتروالاستیک برای اولین بار مورد بررسی قرار می گیرند. شرط مرزی به صورت ساده می باشد. ورق و پوسته در راستای ضخامت متقارن بوده و ضخامت لایه ها یکسان فرض شده است. برای مدلسازی رفتار مگنتوالکتریک این سازه های هوشمند از قوانین گاوس برای حالت های الکترواستاتیک و مگنتواستاتیک استفاده شده است. در ارتعاش آزاد، از نظریه تغییر شکل برشی مرتبه اول پوسته در حضور اینرسی دورانی برای تعیین معادلات حرکت استفاده شده است. با حل تحلیلی معادلات حرکت، رابطه ای تحلیلی برای فرکانس غیرخطی سازه به دست آمده است. با ارائه مثال هایی مشخص گردید که با اعمال پتانسیل الکتریکی منفی یا پتانسیل مغناطیسی مثبت بر سطح بالای ورق و پوسته مگنتوالکتروالاستیک، سختی و فرکانس طبیعی سیستم افزایش می یابند. به ازای مقادیر ثابت برای نسبت طول به ضخامت، اختلاف پتانسیل الکتریکی و مغناطیسی تاثیر بیشتری بر روی پاسخ فرکانسی سازه نازک تر دارند. در ارتعاش اجباری، از نظریه پوسته دانل و روش مقیاس های زمانی چندگانه جهت تعیین معادلات حرکت پوسته در حالت چند مودی و حل آن ها استفاده شده است. پس از تعیین پارامتر موثر غیرخطی و رسم آن بر حسب تعداد مودهای موجود در پاسخ، مشخص گردید که برای تعیین پاسخ مود اول، استفاده از تحلیل سه مودی منجر به جواب قابل قبولی می گردد. معادلات حرکت حاصل در این قسمت به صورت عددی حل گردیده اند. در انتها، به عنوان حالت خاص، تشدید های اولیه و ثانویه پوسته دو