Table of content

AL-NAHRAIN JOURNAL FOR ENGINEERING SCIENCES

مجلة النهرين للعلوم الهندسية

ISSN: 25219154 / eISSN 25219162
Publisher: Al-Nahrain University
Faculty: Engineering
Language: Arabic and English

This journal is Open Access

About

Al-Nahrain Journal for Engineering Sciences is a refereed scientific engineering journal published by the College of Engineering, Nahrain University two times per year. The journal publishes the scientific output of researchers from Iraq and abroad in the fields of architectural, chemical, civil, computer, electrical, information technology, laser and optoelectronics, mechanical and medical engineering as well as in related fields. Papers written in Arabic and English are accepted and they are subjected to proper evaluation and accordingly classified as follows:
• Original research papers and papers on novel design, analysis or construction methods of great value to the engineers which include basic and practical results.
• Short communications or short discussions on papers which have already appeared in the journal provided that whose text should not exceed 800 words.

The material of the paper should not violate any intellectual property right of any person or entity and should not contain any subject matter that contravenes any laws and should meet ethical standards applicable to the research discipline.

Loading...
Contact info

Editor-in-Chief
College of Engineering Journal
Al-Nahrain University
P.O. Box 64040, Al-Jadyriah
Baghdad-Iraq.
e-mail:jourengnah@gmail.com
m_editor@nahje.com
e_in_cheif@nahje.com
Phone: +964 (0) 7817 202 662

Table of content: 2019 volume:22 issue:4

Article
Design and Implement an Exoskeleton Arm for Reinforcement the Human Muscles after Stroke
تصميم و تطبيق مسند خارجي للذراع لتعزيز العضلات البشرية بعد السكتة الدماغية

Loading...
Loading...
Abstract

Mobility limitations in stroke survivors yield negative impacts on the quality of life for such individuals. Rehabilitation is needed to help them recover and regain mobility. Accordingly, this study aims to design and validate a “Robotic Exoskeleton” intended for stroke rehabilitation. The basic principles of this robotic exoskeleton device are its dependence on electromyography signal and electronic microcontroller to provide an efficient physiotherapy exercises system. The robotic exoskeleton is a one degree of freedom which performs the flexion and extension of the elbow joint. After the design was completed, 19 subjects participated in this study: 4 healthy subjects, and 15 post-stroke patients. The results showed the benefit of robotic exoskeleton in increasing the elbow range of motion, where angle of elbow flexion was raised from the first physiotherapy session to maximum elbow flexion in the last session.يؤدي تحدد الحركة في مرضى السكتة الدماغية إلى تأثيرات سلبية على نوعية الحياة لهؤلاء الأفراد. هناك حاجة لإعادة التأهيل لمساعدتهم على الشفاء واستعادة التنقل. وبناءً على ذلك، تهدف هذه الدراسة إلى تصميم وتطبيق "هيكل خارجي روبوتي" من أجل إعادة تأهيل مرضى السكتة الدماغية. المبدأ الرئيسي لعمل هذا الجهاز هو اعتماده على اشارة تخطيط العضلة الكهربائي و السيطرة الالكترونية المايكروية لتوفير نظام فعال لتدريبات العلاج الطبيعي. يؤدي جهاز المسند الخارجي حركة واحدة وهي حركة الثني والمد لمفصل المرفق. بعد ان اكتمل تصميم الجهاز، شارك 19 شخصًا في هذه الدراسة: 4 أشخاص أصحاء و 15 مريضًا بعد السكتة الدماغية. أظهرت النتائج فائدة الجهاز في زيادة زاوية حركة مفصل المرفق، حيث كان هناك ارتفاع بزاوية انحناء مفصل المرفق من الجلسة الاولى الى اعلى زاوية انحناء في الجلسة الاخيرة.


Article
The Future Initiatives of Smart communities in Baghdad as a Smart City
المبادرات المستقبلية للمجتمعات الذكية في بغداد كمدينة ذكية

Authors: Noor Al-Kamoosi --- Mohammed Qasim Al-Ani
Pages: 259-276
Loading...
Loading...
Abstract

Today, our cities are facing a host of challenges to accomplish the quality of life or their inhabitants. On the one hand, city planners and architects seek to preserve heritage, habits, and city peculiarities. On the other hand, it is necessary that the city is kept abreast of the rapid changes in Information and Communications Technology (ICT), Internet of Things (IoT), Artificial Intelligence (AI) and smart city concept. In Baghdad, it could be observed that there are several activities based on community initiatives, awareness campaigns, and initiatives which are self-funding from youth or funding from NGOs, and INGOs. How can we invest in such initiatives to achieve a smart city, emphasizing that the city is for the people, not a city of things? As we know that smart cities have six factors: smart (economy, governance, environment, people, mobility, and living). This paper assumes that smart communities are the seventh factor of smart cities factors which could play an essential role to apply the smartness in Baghdad. In this case, it will help to achieve making decisions and a feedback evaluation system will be subject to transparency, openness, vitality, and sustainability because it will stem from the community and ensure the sustainability in a smart city. اليوم، تواجه مدننا العديد من التحديات في سبيل تحقيق جودة الحياة لساكنيها. من جانب، يسعى المخططين والمعماريين الى الحفاظ على التراث العمراني، هوية وخصوصية المدينة. ومن جانب اخر، لابد من ان يكون تخطيط وتطوير المدينة مواكب للتغيرات السريعة في تكنولوجيا المعلومات والاتصالات (ICT) ، إنترنت الأشياء (IoT) ، الذكاء الاصطناعي (AI) ومفهوم المدينة الذكية لتحقيق احتياجات الانسان. في بغداد، وبشكل ملحوظ، ظهور العديد من المبادرات المجتمعية وحملات التوعية والمشاريع الناشئة التي تمول نفسها بنفسها من الشباب أو تمويل ضخم من المنظمات غير الحكومية المحلية او الدولية. السؤال هنا، كيف نستطيع استثمار هذه المبادرات والمشاريع في المشاركة بتحقيق مفهموم الذكاء في المدينة والذي يؤكد على ان المدينة للناس وليس من الاشياء؟ فكما نعلم ان المدينة الذكية لها ست عوامل (الاقتصاد الذكي، الحوكمة الذكية، البيئة الذكية، الناس الاذكياء، التنقل الذكي، والعيش الذكي). يفترض البحث ان المجتمعات المحلية الذكية هي العامل السابع من عوامل المدن الذكية والتي تعلب دورا جوهريا في تطبيق مفهوم الذكاء في مدينة بغداد. في هذه الحالة، هذا يساعد في عملية اتخاذ القرارت، واخضاع نظام التقييم الى الشفافية، والانفتاح، والحيوية والاستدامة لانه سيكون نابع من المجتمع وهذا اهم ما يحقق الاستدامة في المدينة الذكية.


Article
Additives Aid Switch to Protect the Photodegradation of Plastics in Outdoor Construction
استخدام مضافات لحماية البلاستيك المستخدم في الفنائات الخارجية من التكسر الضوئي

Loading...
Loading...
Abstract

Poly(vinyl chloride) photodecomposition films that contains melamine Schiff base (0.5% by weight) as photostabilizers upon preservation with an ultraviolet light (UV) was investigated. The photodecomposition rate constant was reduced significantly in existence of melamine Schiff base compared to PVC (blank). The Schiff base 1 was found to most effective additive in PVC photostabilization films. Photodecomposition rate content for PVC films containing Schiff base 1 was found to be 5 × 10-3 sec-1 compared to 8.7 × 10-3 sec-1 for blank film. Ultraviolet radiation aging behaviors of PVC films were studied through leaching test by measuring the degree of migration. The surface morphology of PVC films was inspected by scanning electron microscope. تم فحص أفلام بولي (كلوريد الفينيل) التي تحتوي على قاعدة شيف الميلامين (0.5 ٪ وزن) كمثبتات ضوئية للحماية من الاشعة فوق البنفسجية. ثابت معدل التحلل الضوئي ينخفض بشكل كبير بوجود قاعدة شيف مقارنة مع الافلام التي لا تحتوي على اي مضاف. قاعدة شف 1 لتكون أكثر المواد المضافة فاعلية في تثبيت بولي (كلوريد الفينيل). ان قيمة ثابت معدل التحلل الضوئي لأفلام بولي (كلوريد الفينيل) التي تحتوي على قاعدة شيف 1 كانت 5 × 10-3 ثانية-1 وهي اقل مقارنة بـ 8.7 × 10-3 ثانية-1 للفلم الذي لا يحتوي على اي مضاف. تمت دراسة التغييرات التي حدثت للافلام البوليمرية عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية بمرور الزمن. تم فحص سطح الأفلام باستخدام المجهر الماسح الإلكتروني.


Article
Performance Analysis of Volume Loads of (Services and Transmission) Traffic in VPN Networks: A Comparative Study
دراسة مقارنة: تحليل كفاءة الأداء وحجم الأحمال لحركة المرور (الخدمات وتناقل البيانات) في الشبكات الخاصة الافتراضية

Loading...
Loading...
Abstract

This paper proposes a design for a network connected over public networks using Virtual Private Network (VPN) technique. The network consists of five sites; center server and four customer service sites, each site consists of a number of LANs depending on the user services requirements. This work aims to measure the effect of VPN on the performance of a network. Four approaches are implements: Network design without using VPN, network design using VPN with centralized servers, network design using VPN with distributed servers, and network design using server load balance. The OPNET and BOSON simulation results show higher response time for packet transmission due to effect of VPN tunneling. The concurrent activation of application execution is used as a solution to the delay problem of the initial timing period while the application proceeds. The results dealing with QoS are E-mail, FTP, voice services traffic and IP traffic dropped. The VPN Tunnels is in the range of (0.01 to 0.02) sec.; along with this simulator there are four VPN tunnels in the network. Also, a special server’s load balance is used to manage distribution of the server processing load across all other network servers to achieve the best response.هذا العملِ يُقدّم تصميم لشبكة خاصة إنترانت مدمجة بتقنية الشبكة الخاصة الافتراضية (VPN). الإنترانتَ طُبّقتْ لمشروع يَشْملُ مركزِ خدمة رئيسي وأربعة مواقعِ مُوَزَّعة على منطقة جغرافية واسعة ربطت بإستخدام الشبكة العامة الأنترنت. يَتضمّنُ كُلّ موقع عدد من الشبكات المحليةِ والذي يَعتمدُ على متطلبات خدمات المستخدمين. توفر الشبكة خدمات المعلومات والتطبيقات الضرورية مثل التصفّحُ، قاعدة البيانات، بريد إلكتروني، ارسال الملفات وخدمات الصوت (IP Telephony). يهدف العمل تقييم ودراسة تأثيرَ أستخدام الشبكة الافتراضية الخاصة على خصائص الشبكةِ المُصَمَّمةِ ومُقَارَنَة النَتائِجِ في حالة عدم أستخدامها. كما تم استخدام تقنيةً موازنة الحمل باستخدام خوادم خاصة لإدارة عملية توزيع حمل الخادم عبر كل خوادم الشبكة للحصول على أفضل إستجابة للمنظومة. تم تطبق الاختبارات على أربع تصاميم مختلفة للشبكات؛ تصميم الشبكة بدون إستخدام تقنية الشبكة الخاصة الافتراضية، تصميم الشبكة بإستخدام تقنية الشبكة الخاصة الافتراضية، تصميم الشبكة بإستخدام خوادم مركزية وأخرى موزعة وتصميم الشبكة تحت تأثير إستخدام خوادم لموازنة الحمل. تم تنفيذ الاختبارات على الشبكات المقترحة باستخدام نوعان من البروتوكولات (L2TP) و (IPSec). ان تحليل النتائج بين بأن زمن استجابة التطبيقات هي أعلى عند أستخدام الشبكات الخاصة الافتراضية ولمختلف انواع الـبيانات بالمقارنة مع نفس الشبكة التي لاتستخدم القنوات الافتراضية. أفضلية استخدام التنشيط المتزامن لتفعيل التطبيقات كحل لمشكلة التأخير في أنطلاق التطبيق للفترة الزمنية الأولية أثناء تشغيل التطبيق. تناول البحث تحليل كفاءة ألاداء وفحص درجة رضاء المستخدم وتقنيات فحص نوعية الخدمة (QoS). كذلك فحص مقدار تأخير هذه القنوات هو بسبب عمليات التشفير وفك التشفير لقنوات الـ (VPN).


Article
Enhancement of Maintenance Downtime using Poisson Motivated-Taguchi Optimisation Method

Authors: Akinwale Olusegun Raji --- Sunday Ayoola Oke
Pages: 294-306
Loading...
Loading...
Abstract

In an original article, an addition was made to the well-known Taguchi’s methodical design literature by proposing how Poisson distribution may be incorporated into the Taguchi method for enhanced performance analysis in optimisation. While the article is recent, it was found compelling enough to apply this novel concept of Poisson distribution to a growing area of maintenance research known as maintenance downtime analysis. Consequently, this paper contributes to the expanding research neighbourhood through a Taguchi optimisation method based on Poisson distribution related to the maintenance process optimisation. A valuable method to optimise maintenance downtime was developed wherein the Poisson distribution was used to achieve the probability of maintenance downtime. An important foundation of the method is the Taguchi scheme. These elements were transformed into the factor-level design of the Poisson enhanced Taguchi scheme while the framework was tested using data from a process industry for validation. Interesting, the Taguchi's signal-to-noise quotient led to an enhanced set of limiting factors for better reliability of the system as G1H1I1J1K3. By interpretation, the following was found: downtime (204.61 mins), probability density function (0.00187), and cumulative density function (0.00776). The combination of these factors and levels will enhance maintenance downtime in the process industry as a result of their contributions. The outcome revealed the competence of the model to optimisation schemes.


Article
An Accelerated Iterative Cone Beam Computed Tomography Image Reconstruction Approach
تسريع الطرق التكرارية لاعادة بناء الصورة التومغرافية في الشعاع المخروطي

Loading...
Loading...
Abstract

Cone-beam computed tomography (CBCT) is an indispensable method that reconstructs three dimensional (3D) images. CBCT employs a mathematical technique of reconstruction, which reveals the anatomy of the patient’s body through the measurements of projections. The mathematical techniques employed in the reconstruction process are classified as; analytical, and iterative. The iterative reconstruction methods have been proven to be superior over the analytical methods, but due to their prolonged reconstruction time those methods are excluded from routine use in clinical applications. The aim of this research is to accelerate the iterative methods by performing the reconstruction process using a graphical processing unit (GPU). This method is tested on two iterative-reconstruction algorithms (IR), the algebraic reconstruction technique (ART), and the multiplicative algebraic reconstruction technique (MART). The results are compared against the traditional ART, and MART. A 3D test head phantom image is used in this research to demonstrate results of the proposed method on the reconstruction algorithms. The simulation results are executed using MATLAB (version R2018b) programming language and computer system with the following specifications: CPU core i7 (2.40 GHz) for the processing, with a NIVDIA GEFORCE GPU. Experimental results indicate, that this method reduces the reconstruction time for the iterative algorithms.التصوير المقطعي المحوسب للأشعة المخروطية (CBCT) هو طريقة تصوير قيمة للغاية تعيد بناء الصور ثلاثية الأبعاد. يستخدم CBCT تقنية رياضية لإعادة البناء ، والتي تكشف عن تشريح جسم المريض من خلال قياسات (المساقط). تصنف التقنيات الرياضية المستخدمة في عملية إعادة البناء على أنها: التحليلية والتكرارية. لقد أثبتت طرق إعادة البناء التكراري أنها متفوقة على الطرق التحليلية ، ولكن نظرًا لوقت إعادة البناء المطول ، يتم استبعاد هذه الطرق من الاستخدام الروتيني في التطبيقات العملية. الهدف من هذا البحث هو تسريع الأساليب التكرارية عن طريق إجراء عملية إعادة البناء باستخدام وحدة معالجة رسومية (GPU). تم اختبار هذه الطريقة على خوارزميات تكرارية ، تقنية إعادة البناء الجبري (ART) ، وتقنية إعادة البناء الجبري المضاعف (MART). تتم مقارنة النتائج بين ART التقليدية ، و MART. يتم استخدام صورة الاختبار ثلاثي الأبعاد للرأس في هذا البحث لتوضيح نتائج الطريقة المقترحة على خوارزميات إعادة البناء. تم تنفيذ نتائج المحاكاة باستخدام لغة البرمجة MATLAB (الإصدار R2018b) ونظام الكمبيوتر مع المواصفات التالية: وحدة المعالجة المركزية i7 (2.40 غيغاهرتز) للمعالجة ، مع GPU NIVDIA GEFORCE. تشير النتائج التجريبية إلى أن هذه الطريقة تقلل من وقت إعادة البناء للخوارزميات التكرارية.


Article
Effect of Plasmonic Nanoparticles on the Electric Field Strength to Improve Performance of Single Crystalline Solar Cell
تأثير الجسيمات النانوية على قوة المجال الكهربائي لتحسين أداء الخلية الشمسية البلورية المفردة

Loading...
Loading...
Abstract

The effect of metal nanoparticles (MNPs) on the electric field strength and distribution for improvement solar cell performance is investigated and simulated. By manipulating the properties of nanoparticles, distribution of the electric field was altered. In this paper, classical solar cell (p-n junction) and improved structure (add an extra layer of SiO2 and gold nanoparticles on the top of p-n junction) is simulated. Different sizes of NPs, thickness of SiO2 sublayer, and spacing distance between NPs is done to improving the electric field and showing plamonic effect. Gold NPs deposition on single crystalline silicon solar cell is modelled by COMSOL 5.2 2D, Electromagnetic wave propagation in the frequency domain with periodic boundary conditions. The best wavelength found in our work is 550 nm. The electric field enhances when the size of NPs increases but it must be limited. When gold NPs are deposited on the SiO2 sublayer, the plasmonic effect appears due to decreasing the refractive index. Moreover, separation distance between NPs affect the electric field enhancement by manipulating the number of NPs, the distance decreases and the plasmonic interaction appears.تم دراسة تأثير الجسيمات النانوية المعدنية على قوة المجال الكهربائي وتوزيعه لتحسين أداء الخلايا الشمسية ومحاكاته. عن طريق معالجة خصائص الجسيمات النانوية ، تم تغيير توزيع المجال الكهربائي. في هذه الورقة البحثية ،يتم محاكاة الخلية الشمسية الاعتيادية (الوصلة الثنائية) والبنية المحسنة (إضافة طبقة إضافية من SiO2 وكريات الذهب النانوية في الجزء العلوي من الوصلة الثنائية). يتم إجراء أحجام مختلفة من الجسيمات النانوية وسمك الطبقة الفرعية SiO2 ومسافة التباعد بين الجسيمات النانوية لتحسين المجال الكهربائي وإظهار تأثير البلازمونك. ترسيب كريات الذهب النانوية على الخلية الشمسية السيليكونية أحادية البلورة شكلت بواسطة COMSOL 5.2 2D ، انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في مجال التردد مع شروط حدود دورية. أفضل طول موجي وجد في عملنا هو 550 نانومتر. يتعزز الحقل الكهربائي عندما يزداد حجم الكريات النانوية ولكن يجب أن يكون محدودا. عندما يتم ترسيب كريات الذهب النانوية على الطبقة الفرعية SiO2 ، يظهر تأثير البلازمونك بسبب انخفاض معامل الانكسار. علاوة على ذلك ، تؤثر المسافة الفاصلة بين الكريات النانوية على تعزيز المجال الكهربائي عن طريق التلاعب بعددهم، تقل المسافة ويظهر التفاعل البلازمي.


Article
Improvement Silicon Nanostructured Surface by Laser Induced Etching Process

Authors: Bassam G. Rasheed --- Marwa H. Ibrahim
Pages: 323-328
Loading...
Loading...
Abstract

Surface reconstruction of silicon using lasers could be utilized to produce silicon nanostructures of various features. Electrochemical and photoelectrochemical etching processes of silicon were employed to synthesize nanostructured surface. Effects of current densities 5, 10 and 20 mA/cm2 on the surface features were examined. It is found that the surface porosity and layer thickness increase with the current density. Moreover, large surface area of 410 m2/cm3 can be achieved when laser power density of 0.6 W/cm2 was used during the etching process. Optimum operating conditions were found to achieve better silicon nanostructured surface features. The surface roughness can be reduced to 8.3 nm using laser beam of 650 nm irradiated the silicon surface during the photoelectrochemical etching process. The surface morphology of the nanostructured silicon surface using SEM and AFM could give rich details about the surface. Silver nanoparticles of 10 – 20 nm was embedded at the nanostructured silicon surface by LIFT process to reduce the surface resistance and maintain the large surface area. This technique enables silicon nanostructures to be efficiently used in many optoelectronic applications.


Article
Experimental Measurement of Rice Husk Effectiveness as an Alternative Adsorbent for Turbidity Reduction in Synthetic Water
القياس التجريبي لفعالية قشور الأرز كمادة مازة بديلة لتقليل العكورة في المياه الإصطناعية

Loading...
Loading...
Abstract

Providing a clean and high quality drinking water to both rural as well as urban areas is a great challenge by itself, adding to it the large volume requirements of such water at high population areas means a very high cost for such industry because mainly of the cost of expensive commercially available adsorbent used in this process. This led inhabitants of the remote and/or rural areas to use less quality water with all its risks and health challenges. In this study, a locally collected rice husk is tested to be used as an alternative adsorbent to the expensive common commercial ones. Parameters like adsorbent dosage, initial concentration of turbidity, and pH level were tested to investigate their effects on the process. Treatment of synthetic turbid water was done after changing these parameters to measure the effect of each parameter alone and the results showed a set of parameters that can be used to achieve high efficiency of turbidity removal. The study concluded that rice husk can be used as a well cheap alternative adsorbent to reduce the river water turbidity due to its availability and low cost with a decent removal efficiency approaching 95%.يعتبر توفير مياه الشرب الصحية و النظيفة و ذات الجودة العالية للمناطق الريفية و المدن تحديا مهما بحد ذاته. يضاف الى ذلك الحاجة المتنامية في حالة المدن المكتضة بالسكان حيث تظهر الصعوبة في ذلك بالكلفة العالية لتوفير هكذا مياه بأستخدام المواد المازة المتوفرة في السوق التجارية. هذا يقود بعض سكان الريف أو المناطق البعيدة الى أستخدام مياه أقل جودة بالرغم من المخاطر و التحديات الصحية المرافقة لهذا الأمر. في هذا البحث سيتم تجربة قشور الأرز المتوفرة محليا كمادة مازة بديلة عن المواد المعروفة ذات التكلفة العالية. تم فحص أكثر من مؤشر (كمية المادة المازة المضافة، التركيز الأبتدائي للعكورة، و مستوى الحامضية) لغرض الكشف على تأثيرهم على العملية بالكامل. تمت معاملة مياه معكرة محضرة مختبريا بتغيير كل مؤشر على حدة لبيان تأثيره على العملية و أثبتت النتائج المختبرية أنه من الممكن أستخدام قشور الرز لتقليل العكورة في المياه المفحوصة بفاعلية قدرت بأكثر من 95% عند أستخدام مجموعة من المؤشرات.

Table of content: volume:22 issue:4