رابطه ماشین و خاک
نشمیل فرهادی؛ عارف مردانی کرانی؛ عادل حسین پور؛ بهزاد گلعنبری
چکیده
پرداختن به چالش‌های وسایل نقلیه خارج از جاده در زمین‌های غیرمتعارف، مدل‌های پیش‌بینی بر پایه‌ی یادگیری ماشین را برای تعاملات چرخ و خاک ضروری میکند. علی‌رغم علاقه فزاینده به یادگیری ماشین برای مطالعات تعامل چرخ و خاک، پژوهش‌های محدودی بر روی استفاده از رویکردهای مبتنی بر شبکه‌های عصبی مصنوعی برای پیش‌بینی تشکیل شیار ناشی ...
بیشتر
پرداختن به چالش‌های وسایل نقلیه خارج از جاده در زمین‌های غیرمتعارف، مدل‌های پیش‌بینی بر پایه‌ی یادگیری ماشین را برای تعاملات چرخ و خاک ضروری میکند. علی‌رغم علاقه فزاینده به یادگیری ماشین برای مطالعات تعامل چرخ و خاک، پژوهش‌های محدودی بر روی استفاده از رویکردهای مبتنی بر شبکه‌های عصبی مصنوعی برای پیش‌بینی تشکیل شیار ناشی از چرخ متمرکز شده است. هدف اصلی پژوهش حاضر پیش‌بینی تأثیر تایرهای بادی کشاورزی تحت بارها، سرعت‌ها و عبورهای متعدد بر تشکیل شیارهای خاک در شرایط انباره‌ی خاک کنترل‌شده است. در این تحقیق شبکه‌های عصبی مصنوعی با الگوریتم پس‌انتشار، برای پیش‌بینی عمق شیار مورد استفاده قرار گرفت و مدل به‌دست‌آمده با داده‌های تجربی اعتبارسنجی شد. علاوه بر این، از روش آزمون-خطا برای بهینه‌سازی فراپارامترهای شبکه عصبی استفاده شد. پیکربندی بهینه برای شبکه پرسپترون چندلایه با تکانه 0.9 و نرخ یادگیری 0.35 به خطای جذر میانگین مربعات 0.10 دست یافت. شبکه عصبی تابع شعاعی پایه، با پهنای تابع گوسی برابر 3.90 و نرخ نرمال‌سازی برابر 0.02، جذر میانگین مربعات خطا برابر 0.12 را نشان داد. درحالی‌که شبکه پرسپترون چندلایه دقت بالایی را نشان داد، شبکه تابع شعاعی پایه هزینه‌های محاسباتی کمتر و زمان پاسخ‌دهی سریع‌تری را ارائه می‌دهد که آن را برای کاربردهای بلادرنگ مناسب می‌سازد. شبکه‌های عصبی بر روی داده‌های تجربی نادیده اعتبارسنجی شدند و قابلیت‌های قوی و تعمیم آن‌ها را تایید کردند.
رابطه ماشین و خاک
بهزاد گلعنبری؛ عارف مردانی کرانی؛ عادل حسین پور؛ حمید تقوی فر
چکیده
با توجه به متغیرهای متعددی که بر سیستم‌های اندرکنش خاک و ماشین تأثیرگذار هستند، پیش‌بینی پاسخ مکانیکی خاک در تعامل با دستگاه‌های کششی خارج از جاده چالش برانگیز است. در این مطالعه، شبکه‌های عصبی عمیق به دلیل توانایی آن‌ها در مدل‌سازی سیستم‌های پیچیده، چندمتغیره و دینامیک به‌عنوان یک راه‌حل بالقوه برای توضیح میزان فرورفتگی خاک ...
بیشتر
با توجه به متغیرهای متعددی که بر سیستم‌های اندرکنش خاک و ماشین تأثیرگذار هستند، پیش‌بینی پاسخ مکانیکی خاک در تعامل با دستگاه‌های کششی خارج از جاده چالش برانگیز است. در این مطالعه، شبکه‌های عصبی عمیق به دلیل توانایی آن‌ها در مدل‌سازی سیستم‌های پیچیده، چندمتغیره و دینامیک به‌عنوان یک راه‌حل بالقوه برای توضیح میزان فرورفتگی خاک در نرخ‌های مختلف از بار عمودی انتخاب شد. آزمایش‌های فشار-نشست خاک با استفاده از بوامتر در یک انباره خاک از نوع ثابت با طول 24 متر، عرض 2 متر و کانال خاک عمق 1 متر انجام شد. آزمایش‌های تجربی در سه سطح سرعت نشست، دو سطح اندازه صفحه، در محتوای آب خاک 10 درصد انجام شد که داده‌های تجربی در مورد روابط فشار و نشست خاک ارائه می‌کرد. این آزمایش‌ها به‌عنوان مبنایی برای الگوریتمی بود که قادر به تشخیص تعامل بین خاک ماشین پس از یک فرآیند تکراری دقیق بود. مشخص شد که یک شبکه عصبی عمیق، به‌ویژه یک شبکه عصبی عمیق با انتشار پیش‌خور با سه لایه پنهان، انتخاب بهینه برای این منظور است. معماری شبکه عصبی عمیق بهینه‌شده به‌صورت 1-10-15-8-3 شکل یافت که توسط الگوریتم بهینه‌سازی گرگ خاکستری تعیین شده است. در حالی‌که معادله بکر به‌طور سنتی به‌عنوان یک روش پذیرفته‌شده برای پیش‌بینی رفتار فشار- نشست خاک استفاده می‌شود، تأثیر سرعت نشست در خاک را نادیده می‌گرفت. با این حال، یافته‌های تحقیق تأثیر قابل‌توجهی از سرعت نشست بر پارامترهای حاکم بر پاسخ تغییر شکل خاک را نشان داد. شبکه عصبی عمیق آموزش‌دیده با موفقیت سرعت نشست را در ساختار خود گنجاند و نتایج دقیقی با مقدار میانگین مربعات خطای 0.0871 ارائه کرد.
رابطه ماشین و خاک
هوشنگ محبوب ینگجه؛ عارف مردانی کرانی
چکیده
در این مطالعه به بررسی نیروی کششی تیغه پنجه‌غازی در دو بخش شبیه‌سازی به روش اجزای محدود با تحلیل اویلرین- لاگرانژی و آزمون‌های تجربی در محیط انباره خاک پرداخته شد. از دو تیغه با فاصله cm 35 و در سه عمق 6، 10 و 14 سانتی‌متری با سرعت 2.5 کیلومتر بر ساعت استفاده شد. نیروی کششی تیغه طی شبیه‌سازی در عمق‌های 6، 10 و 14 سانتی‌متر به‌ترتیب 0.6، 2.5 و ...
بیشتر
در این مطالعه به بررسی نیروی کششی تیغه پنجه‌غازی در دو بخش شبیه‌سازی به روش اجزای محدود با تحلیل اویلرین- لاگرانژی و آزمون‌های تجربی در محیط انباره خاک پرداخته شد. از دو تیغه با فاصله cm 35 و در سه عمق 6، 10 و 14 سانتی‌متری با سرعت 2.5 کیلومتر بر ساعت استفاده شد. نیروی کششی تیغه طی شبیه‌سازی در عمق‌های 6، 10 و 14 سانتی‌متر به‌ترتیب 0.6، 2.5 و 3 کیلونیوتن بوده و نسبت به نتایج انباره خاک دارای محدوده خطای 7.3، 5.6 و 4.16 درصد بود. بیشترین تنش ایجاد شده در خاک در سه عمق 6، 10 و 14 سانتی‌متر به‌ترتیب در حدود 20، 68 و 69 کیلوپاسکال بوده است. در عمق 6 سانتی‌متر با توجه به نرم بودن خاک، نیروی عمودی وارده بر تیغه متاثر از وزن خاک بوده است. همچنین بررسی گسترش تنش در خاک حاکی از آن بوده است که با افزایش عمق کار، مقدار به‌هم‌خوردگی سطحی خاک و همچنین انتشار تنش به سطح خاک کاهش می‌یابد. علاوه بر چگونگی تغییرات تنش، هم‌پوشانی دو تیغه مجاور نیز با افزایش عمق کار ازنظر به‌هم‌خوردگی خاک، کمتر می‌شود. با توجه به افزایش نیروی کششی تیغه در عمق‌های بالاتر، عمق کار بیشتر از 10 سانتی‌متر بر اساس نتایج مربوط به چگونگی توزیع تنش در خاک توصیه نمی‌شود. در همین رابطه، توان مصرفی هر تیغه در عمق کمتر از 10 سانتی‌متر در حدود 0.4 کیلو وات بوده است درحالی که در عمق‌های بالا در حدود 2 کیلو وات برای هر تیغه توان لازم است.
پرویز احمدی مقدم؛ لعیا افتخاری؛ عارف مردانی کرانی؛ حبیب خداوردیلو
چکیده
روش‌های خاکورزی حفاظتی که با مدیریت مناسب بقایای محصول همراه باشد یکی از راه‌کارهای مؤثر در جلوگیری از فرسایش خاک، کاهش آلودگی هوا، کاهش مصرف انرژی و کاهش هزینه‌ها در کشاورزی به‌شمار می‌رود. در این تحقیق، تأثیر روش‌های مختلف خاکورزی بر پوشش بقایای گیاهی، مقاومت مکانیکی خاک و پایداری خاکدانه‌ها مورد بررسی قرار گرفت. همچنین ...
بیشتر
روش‌های خاکورزی حفاظتی که با مدیریت مناسب بقایای محصول همراه باشد یکی از راه‌کارهای مؤثر در جلوگیری از فرسایش خاک، کاهش آلودگی هوا، کاهش مصرف انرژی و کاهش هزینه‌ها در کشاورزی به‌شمار می‌رود. در این تحقیق، تأثیر روش‌های مختلف خاکورزی بر پوشش بقایای گیاهی، مقاومت مکانیکی خاک و پایداری خاکدانه‌ها مورد بررسی قرار گرفت. همچنین تأثیر درصدهای مختلف بقایای گیاهی بر مقاومت غلتشی چرخ غیرمحرک در محیط انباره خاک مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشات مزرعه‌ای به‌صورت فاکتوریل و در قالب طرح بلوک‌های کاملاً تصادفی انجام شد. روش‌های مختلف خاکورزی در سه تیمار (گاوآهن برگردان‌دار، گاوآهن بشقابی و گاوآهن چیزل) با چهار تکرار صورت گرفت. مقادیر بقایای گیاهی با استفاده از دو روش برش عرضیِ خطی و روش پردازش تصویر محاسبه گردید. آزمایشات مربوط به مقاومت غلتشی نیز در محیط انباره خاک و در سه سطح 10، 50 و 90 درصد انجام گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش شدت خاکورزی، پایداری خاکدانه‌ها کاهش یافته است، به‌طوری‌که کمترین مقدار پایداری خاکدانه مربوط به تیمارهای خاکورزی شده با گاوآهن برگردان‌دار و بیشترین مقدار پایداری مختص تیمار خاکورزی شده با گاوآهن چیزل و بشقابی به‌دست آمد. نتایج حاصل از بررسی اثر بقایای گیاهی بر مقاومت غلتشی چرخ نشان داد که مقاومت غلتشی تیمارهای مختلف با یکدیگر تفاوت معنی‌داری ندارند. در نهایت استفاده از گاوآهن بشقابی به‌دلیل داشتن درصد بالایی از پوشش بقایای گیاهی و کاهش چشمگیر مقاومت مکانیکی و جرم ویژه ظاهری و نیز حفظ پایداری خاکدانه‌ها، به‌عنوان ابزار مناسب خاک‌ورز در این تحقیق توصیه می‌شود.
فاطمه قشلاقی؛ عارف مردانی کرانی
چکیده
یکی از عمده‌ترین افت‌های انرژی زمانی‌که چرخ روی خاک نرم حرکت میکند، مقاومت غلتشی می‌باشد. بهینه‌سازی مقدار مقاومت غلتشی به بهبود بازده انرژی کمک خواهد کرد، مدل‌سازی دقیق برهم‌کنش خاک-تایر کلید اساسی برای این بهینه‌سازی است و نیاز به آزمایش‌های مزرعه‌ای پرهزینه را حذف کرده و زمان مورد نیاز آزمایش را کاهش می‌دهد. در این تحقیق ...
بیشتر
یکی از عمده‌ترین افت‌های انرژی زمانی‌که چرخ روی خاک نرم حرکت میکند، مقاومت غلتشی می‌باشد. بهینه‌سازی مقدار مقاومت غلتشی به بهبود بازده انرژی کمک خواهد کرد، مدل‌سازی دقیق برهم‌کنش خاک-تایر کلید اساسی برای این بهینه‌سازی است و نیاز به آزمایش‌های مزرعه‌ای پرهزینه را حذف کرده و زمان مورد نیاز آزمایش را کاهش می‌دهد. در این تحقیق جهت پیش‌بینی مقاومت غلتشی چرخ غیر محرک با در نظرگرفتن برخی پارامترهای حرکتی مانند فشار باد تایر، سرعت پیشروی و بار عمودی متغیر روی چرخ که با استفاده از یک آزمونگر تک چرخ در انباره خاک صورت گرفت، از شبکه عصبی مصنوعی استفاده شد. شبکه پس انتشار برگشتی با 35 نرون در لایه پنهان و 1 نرون در لایه خروجی و الگوریتم آموزشی لونبرگ-مارکوارت بهترین عملکرد را نشان داد. ضریب همبستگی آزمون شبکه مزبور 0/92 بوده است. نتایج شبیه‌سازی شبکه عصبی عدم وابستگی مقاومت غلتشی چرخ به پارامتر سرعت پیشروی را نشان داد و تأیید کرد که با افزایش فشار باد تایر و کاهش بار عمودی روی چرخ مقاومت غلتشی کاهش خواهد یافت.
حمید تقوی فر؛ عارف مردانی کرانی
چکیده
در تحقیق حاضر اثر کشش خالص چرخ محرک بر روی تنش عمودی ایجاد شده زیر چرخ مورد مطالعه قرار گرفت. از این‌رو سرعت پیشروی در سه سطح 8/0، 1 و 2/1 متر بر ثانیه، بار عمودی روی چرخ محرک220/65R21 در سه سطح 2، 3 و 4 کیلونیوتن و لغزش در سه سطح 8، 12 و 15 درصد مورد استفاده قرار گرفتند تا مقدار نیروی کشش و تنش عمودی در سه عمق 1/0، 15/0 و 2/0 متری اندازه‌گیری شوند. آزمون‌ها ...
بیشتر
در تحقیق حاضر اثر کشش خالص چرخ محرک بر روی تنش عمودی ایجاد شده زیر چرخ مورد مطالعه قرار گرفت. از این‌رو سرعت پیشروی در سه سطح 8/0، 1 و 2/1 متر بر ثانیه، بار عمودی روی چرخ محرک220/65R21 در سه سطح 2، 3 و 4 کیلونیوتن و لغزش در سه سطح 8، 12 و 15 درصد مورد استفاده قرار گرفتند تا مقدار نیروی کشش و تنش عمودی در سه عمق 1/0، 15/0 و 2/0 متری اندازه‌گیری شوند. آزمون‌ها در طرح بلوک‌های کاملاً تصادفی بر روی خاک رسی لومی با رطوبت 12% با سه تکرار انجام شدند. تنش عمودی از طریق یک سامانهی ساخته شده تنش‌سنج و نیروی کششی نیز از طریق 4 عدد لودسل افقی نصب شده بین چرخ و کشندهی چرخ اندازه‌گیری شدند. بررسیهای انجام شده در سطح آماری 1% نشان دادند که نیروی کششی باعث افزایش تنش عمودی زیر چرخ میگردد و بیشترین تنش عمودی زیر چرخ با مقدار 78 کیلوپاسکال در عمق 1/0 متر مربوط به کشش بیشینهی خالص حاصل شده تحت تأثیر بار 4 کیلونیوتن، لغزش 15 درصد و سرعت 8/0 متر بر ثانیه می‌باشد.
نسا دیباگر؛ عارف مردانی کرانی؛ اسعد مدرس مطلق؛ حجت جعفری
چکیده
در این مطالعه به‌منظور تحلیل برهم‌کنش تایر متحرک- خاک از دو روش عددی و تجربی استفاده شد تا تأثیر تغییرات سرعت پیشروی، بار دینامیکی و فشار باد تایر روی مقاومت غلتشی آن مورد بررسی قرار گیرد. در روش عددی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود آباکوس (ABAQUS/ Explicit) برای شبیه‌سازی خاک به‌عنوان ماده الاستو پلاستیک از مدل دراکر- پراگر و برای طراحی ...
بیشتر
در این مطالعه به‌منظور تحلیل برهم‌کنش تایر متحرک- خاک از دو روش عددی و تجربی استفاده شد تا تأثیر تغییرات سرعت پیشروی، بار دینامیکی و فشار باد تایر روی مقاومت غلتشی آن مورد بررسی قرار گیرد. در روش عددی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود آباکوس (ABAQUS/ Explicit) برای شبیه‌سازی خاک به‌عنوان ماده الاستو پلاستیک از مدل دراکر- پراگر و برای طراحی مؤلفه‌های سازنده تایر به‌عنوان لاستیک تراکم‌ناپذیر از مدل مواد هایپرالاستیک کرنش محدود و الاستیک استفاده شد. آزمون‌های تجربی نیز با استفاده از آزمونگر تک چرخ و انباره خاک در سطوح مختلفی از سرعت پیشروی، فشار باد تایر و بار دینامیکی انجام گرفتند. مقایسه نتایج حاصل از هر دو روش حاکی از مطابقت خوب نتایج شبیه‌سازی و اندازه‌گیری مقاومت غلتشی در سرعت پیشروی، بار دینامیکی و فشار بادهای مختلف است. در هر دو آزمون با افزایش بار دینامیکی تایر میزان مقاومت غلتشی به‌طور معنی‌داری افزایش یافت به‌طوری‌که ضریب همبستگی بین نتایج تجربی و عددی در کمترین و بیشترین بار به‌ترتیب برابر 8/0 و 78/0 می‌باشد. تغییرات فشار باد تایر و مقاومت غلتشی آن در هر دو آزمون نسبت معکوسی با هم داشته و در آزمون‌های عددی شیب تغییرات مقاومت غلتشی در برابر فشار باد تایر نسبت به آزمون‌های تجربی کمتر بوده است.
حبیب محمدزاده؛ عارف مردانی کرانی؛ اسعد مدرس مطلق
چکیده
مدل های مربوط به مکانیک چرخ، عمدتاً برای شرایط حرکت بر روی سطح صاف جاده و یا خاک تدوین شده است و اعتبار لازم برای توصیف حرکت چرخ بر روی سطوح ناهموار را دارا نیست. علی رغم پیچیدگی دینامیک حاکم بر این پدیده و با در نظر گرفتن اهمیت موضوع مخصوصاً برای شرایط مزرعه ای چرخ های حامل ادوات، تحقیق حاضر به بررسی تأثیر برخی از پارامترهای حاکم بر ...
بیشتر
مدل های مربوط به مکانیک چرخ، عمدتاً برای شرایط حرکت بر روی سطح صاف جاده و یا خاک تدوین شده است و اعتبار لازم برای توصیف حرکت چرخ بر روی سطوح ناهموار را دارا نیست. علی رغم پیچیدگی دینامیک حاکم بر این پدیده و با در نظر گرفتن اهمیت موضوع مخصوصاً برای شرایط مزرعه ای چرخ های حامل ادوات، تحقیق حاضر به بررسی تأثیر برخی از پارامترهای حاکم بر فرآیند گذراندن موانع مقابل تایرهای پنوماتیکی با استفاده از یک آزمونگر تک چرخ در شرایط انباره خاک پرداخته است. نتایج حاکی از مشاهده رابطه نسبتاً خطی نیروی افقی وارده بر تایر با سرعت پیشروی چرخ و همچنین ارتفاع مانع مستطیلی شکل بود. در محدوده ی سطوح بیشتر از حداقل فشار لازم برای شکل گیری بدنه تایر، اثر فشار باد بر نیروی افقی وارده بر تایر، معکوس بود و در فشارهای باد کمتر با جذب بیشتر نیروی توسط تایر، نیروی افقی کمتری به مرکز تایر وارد شد. برای سرعتهای مختلف و موانع با ارتفاعهای گوناگون فشارهای متوسط در حدود 150 تا 200 کیلوپاسکال در برگیرنده نیروی افقی کمتر وارده بر چرخ بود. نیروی کششی لازم برای گذراندن مانع به صورت خطی، با افزایش سرعت پیشروی و ارتفاع مانع افزوده شد.
