علیرضا شوشتری

رساله های دکتری

1. مطالعه تحلیلی و تجربی برداشت انرژی الکتریکی حاصل از ارتعاشات غیرخطی ناشی از تحریک پایه هارمونیک تیر یک سر گیردار
   علی اویسی سرابی 1402
   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
   خلاصه پایان نامه
   
   
2. مطالعه عددی و تجربی اثرات کجی واشر شفت و کجی واشر هوزینگ در یک یاتاقان غلتشی ساچمه ای کف گرد تک ردیفه بر پاسخ ارتعاشی آن
   سیدحسین رضویان 1402
   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.
   خلاصه پایان نامه
   
   
3. تحلیل ارتعاشات غیرخطی و پایداری استوانه هوشمند الکترومکانیکی حاوی جریان سیال
   وحید عطابخشیان 1397
   در این رساله، دینامیک غیرخطی و پایداری استوانه هوشمند پیزوالکتریکی حاوی جریان سیال، واقع بر بستر الاستیک و تحت بارگذاریهای الکتریکی، مکانیکی و حرارتی موردبررسی قرار میگیرد. باهدف طراحی هیدرولیک حسگرها و هیدرولیک عملگرهای ناپایداری خطوط جریان غیریکنواخت، میزان پتانسیل الکتریکی القاشده در سازه هوشمند و همچنین اثر اعمال پتانسیل الکتریکی خارجی بر رفتار دینامیکی سیستم مورد ارزیابی قرار میگیرد. سازه به سورت پوسته استوانهای جدار نازک با شرایط تکیهگاهی ساده و با قطبیت در راستای محوری در نظر گرفتهشده و به کمک مدل پوسته استوانهای غیرخطی دانل مدلسازی میشود. جریان سیال داخلی ایزنتروپیک، لزج و غیرقابل تراکم فرض شده و به دو صورت یکنواخت با سرعت جریان ثابت و غیریکنواخت با توزیع سرعت هارمونیک به ترتیب در فصل پنجم و ششم مورد ارزیابی قرار میگیرد. مدلسازی دینامیکی جریان سیال به کمک روش تابع پتانسیل جریان و معادلات ناویراستوکس صورت گرفته و با محاسبه تابع پتانسیل اغتشاش سرعت، فشار آشفتگی، افت فشار ناشی از اصطکاک سیال و تنشهای برشی وارد بر پوسته، انرژیهای مرتبط با سیال ویسکوز محاسبه میشود. با در نظر گرفتن محیط الاستیک خارجی پاسترناک حول پوسته، اثرات محیطی وارد بر لولههای مدفون در خاک، موجود در سازههای بتنی، محاط شده در عایقهای ترموالاستیک و یا سیال خارجی در محاسبات لحاظ میگردد. با محاسبه انرژیهای کلی سیستم (شامل: انرژی پتانسیل و جنبشی پوسته، پتانسیل الکتریکی، انرژیهای جنبش و پتانسیل جریان سیال، کار نیروی لزجت، کار محیط الاستیک و همچنین کار نیروهای خارجی وارد بر سیستم) و بهکارگیری معادلات اصلاحشده حرکت لاگرانژ برای سیستمهای باز، معادلات غیرخطی حرکت حاکم بر دینامیک سیستم استخراج میشود. با حذف کوپلینگ الکترواستاتیک موجود در معادلات حرکت، معادلات غیرخطی اصلاحشده حرکت حاصل و با استفاده از روش ریتز و آنالیز مودهای ارتعاشی معادلات جداسازی شده حرکت حاصل میگردد. با حل مسئله مقدار ویژه و روش تکرار، مدل فضای حالت و انتگرالگیری عددی مرتبه چهارم رانجکوتا و روش طیفسنجی انرژی؛ مودهای ارتعاشی، فرکانسهای طبیعی و پاسخ الکتروترمودینامیکی غیرخطی سیستم در حالت جریان یکنواخت محاسبهشده و ناپایداریهای دیورژانس و فلاتر تعیین میگردد. همچنین در فصل ششم برای جریان سیال غیریکنواخت، ناپایداری دینامیکی تعریف و با بهکا
   خلاصه پایان نامه
   
   
4. بهینه سازی برداشت انرژی با استفاده از ارتعاشات غیر خطی ورق های هوشمند مگنتو الکترو الاستیک
   حامد شرکایی 1397
   در این رساله برداشت انرژی الکتریکی از ارتعاشات غیرخطی ورق مستطیلی، ساخته شده از مواد هوشمند، با توجه به تحریک هارمونیک بررسی شده و پارامترهای ورق به گونه ای بهینه می شوند که مقدار توان خروجی بیشترین مقدار ممکن شود. سازه ورق استفاده شده در این مطالعه، از سه لایه مختلف ساخته شده است که یک لایه الاستیک میانی در وسط و دو لایه ماده هوشمند در دو طرف آن قرار دارند. ضخامت لایه های هوشمند نیز در دو حالت مختلف بررسی می شود. ابتدا به بررسی ضخامت یکسان دو لایه هوشمند ماده مگنتوالکتروالاستیک پرداخته می شود که در این حالت منجر به تقارن سازه می شود و سپس سازه ای با دو لایه با ضخامت متفاوت برای ماده پیزوالکتریک مورد بررسی قرار می گیرد که در این مورد سازه نامتقارن است. معادلات حرکت ورق با استفاده از روابط کرنش- جابجایی غیرخطی ون کارمن و معادلات حاکم بر مواد مگنتوالکتروالاستیک ایجاد شده و با کمک تابع تنش ایری ساده سازی می شوند. تابع تنش ایری با استفاده از شرط سازگاری و شرایط مرزی ورق، که به صورت تکیه گاه ساده فرض شده است، به دست می آید. دو معادله دیگر برای بخش های الکتریکی و مغناطیسی برداشت کننده با استفاده از قوانین گوس، فارادی و اهم ایجاد می شود. با توجه به معادلات ایجاد شده برای قسمت های الکتریکی و مغناطیسی، مدار معادل الکتریکی این ورق هوشمند به دست می آید. از این رو روابطی برای خازن و سلف معادل و همچنین دو عضو الکتریکی دیگر به اسم منبع ولتاژ متناسب با جریان و منبع جریان متناسب با ولتاژ نیز ایجاد می شود. در پایان سه معادله جفت شده مکانیکی، الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد. با توجه به غیرخطی بودن معادله مکانیکی، این مجموعه معادلات با استفاده از روش مقیاس چندگانه حل می شوند. با توجه به حل مقیاس چندگانه این معادلات، روابطی تحلیلی برای ولتاژ الکتریکی ناشی شده از قسمت الکتریکی مساله و جریان القاء شده ناشی شده از قسمت مغناطیسی مساله و همچنین جابجایی عرضی ورق استخراج می شود. مجموعه معادلات دیفرانسیل در دو حالت تشدید اولیه و تشدید ثانویه حل می شوند. سپس با استفاده از روابط ایجاد شده برای ولتاژ الکتریکی و جریان القاء شده، توان خروجی متوسط سیستم در یک دوره تناوب خطی به دست آورده می شود. با استفاده از رابطه توان خروجی متوسط، مجموعه ای از پارامترهای سیستم با استفاده از الگوریتم ژنتیک به گونه ای
   خلاصه پایان نامه
   
   
5. تحلیل ارتعاشات غیر خطی سازه های هوشمند مگنتو- الکترو- الاستیک
   سهیل رضوی 1395
   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
   خلاصه پایان نامه