فرایند ماشینکاری فلزات، با مشکلی بزرگ به نام چتر در جهت ایجاد سطح با کیفیت مطلوب در تولید انبوه با مقدار براده-برداری زیاد و ایجاد سطوح با کیفیت بالا در سرعت های زیاد، روبرو بوده است. کاهش عمردستگاه ماشین ابزار و کاهش ایمنی کار از دیگر مشکلات ناشی از این پدیده می باشد. چتر یک نوع ارتعاش خودتحریک ناپایدار است که در اثر عوامل متعددی ممکن است رخ دهد؛ در این میان چتر احیاکننده رایج ترین علت رخ داد چتر می باشد. در این پایان نامه به بررسی روش های کنترل فعال به کمک عملگر پیزوالکتریک در کاهش و حذف این ناپایداری ارتعاشی پرداخته می شود. در این پایان نامه پس از بررسی معادلات دینامیکی ماشین ابزار و معادلات حاکم بر رخ داد چتر، سعی بر بررسی اثر پارامترهای گوناگون معادلات دینامیکی بر حرکت دیاگرام پایداری بوده است. یکی از معتبرترین روش ها و معیارهای ارزیابی چتر استفاده از دیاگرام پایداری است؛که مرز شرایط ماشینکاری پایدار و ناپایدار را نمایان می کند. فرآیند پیچیده و نقطه به نقطه رسم دیاگرام پایداری بر حسب مشخصات سازه ای ماشین ابزار امکان ارائه یک رابطه تحلیلی بین مشخصات ماشین ابزار با منحنی پایداری و استفاده از روشهای تحلیلی طراحی کنترلر (مانند مکان یابی قطب ها) را ناممکن می سازد؛ لذا در این پروژه امکان-سنجی تخمین منحنی های پایداری با معادلات چند جمله ای و ارائه روابط تحلیلی برای بیان مشخصه های پایداری مورد بررسی قرار گرفت و ساده ترین فرم این معادلات بدست آمد. جهت کنترل ارتعاشات ناپایدار چتر، به دلیل خواص ویژه مواد هوشمند پیزوالکتریک، خصوصاً سرعت و دقت بالای آن-ها، این مواد به عنوان حسگر و عملگر مورد استفاده قرار گرفتند. در کنترل فعال ارتعاشات از دو روش حل تحلیلی و بهینه سازی عددی کمک گرفته شد. در حل تحلیلی بر اساس معادلات ارتعاشات ماشین ابزار در حوزه فرکانس، کنترل فعال ارتعاشات چتر مورد بررسی قرار گرفت. در این راه، عملکرد یک کنترلر pid برنقاط مینیمم دیاگرام پایداری بوسیله مثبت کردن قسمت حقیقی تابع تبدیل سیستم در فرکانس رخداد چتر مورد بحث و بررسی قرار گرفت. سپس، یک کنترلر pd جهت حرکت دیاگرام پایداری در جهات افقی و عمودی برای انتقال شرایط ماشینکاری در این دیاگرام به منطقه پایدار ارتعاشات طراحی گردید. در کنترل فعال ارتعاشات چتر به روش عددی، از روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک استفاده شد. همانطور که اشاره شد، رسم منحنی های پایداری شامل یافتن مرز منطقه پایدار و ناپایدار به صورت نقطه به نقطه، همراه با محاسبات پیچیده ای است که انجام آن زمان گیر بوده و مهمتر از آن، امکان ارائه تحلیل و استخراج رابطه معکوس را ناممکن می سازد؛ یعنی عملاً نمی توان یک رابطه تحلیلی وبه فرم بسته برای بیان شاخصه پایداری یک شرایط ماشینکاری خاص بر حسب مشخصات سازه ای ماشین ابزار ارائه داد و از آن در طراحی کنترلر استفاده کرد. جهت رفع این مشکل در طراحی کنترلر از روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک استفاده می شود. ایده اصلی در این طراحی ، جایجایی مرز پایداری در دو جهت افقی و عمودی با هدف دور کردن شرایط ماشینکاری مورد نظر از مرز ناپایداری و همچنین توجه به مصرف کمینه انرژی در جهت نیل به حداکثر میزان ضخامت براده برداری در یک سرعت خاص بوده است. شکل کنترلر مورد استفاده به صورتی در نظر گرفته شده که حالتی جامع و فراگیر نسبت به فرم کنترلرهای رایج را داشته و همچنین امکان پیاده سازی آن بر روی op-amp وجود داشته باشد. این سیستم کنترلی نیز در هر دو حوزه فرکانس و زمان مورد ارزیابی قرار گرفت و حذف ارتعاشات نامطلوب چتر مشاهده گردید.

در پژوهش حاضر یک ورق چندلایه تطبیقی با استفاده از مود برشی مواد پیزوالکتریک مدل سازی می شود. فرمول بندی ریلی- ریتز بر پایه اصل انرژی پتانسیل کمینه برای این ورق بسط داده می شود. حل تقریبی میدان جابجایی این ورق چندلایه مربع با شرایط مرزی "گیردار- گیردار- آزاد- آزاد" و "مفصل- مفصل- آزاد- آزاد" بر اساس فرمول بندی ریلی- ریتز محاسبه می شود. مدل های مناسب عددی اجزای محدود برای این ورق براساس پیوستگی جابجایی لایه ها در نرم افزارهای ansys و abaqus تولید می شود. به منظور معتبرسازی، نتایج عددی اجزای محدود با پاسخ های فرمول بندی ریلی- ریتز مقایسه می گردد. نشان داده می شود که نتایج عددی اجزای محدود با جواب به دست آمده از روش ریلی- ریتز برای یک چنین ورق چندلایه تطبیقی همخوانی خوبی دارد. همچنین جابجایی عرضی به دست آمده در این پژوهش با جابجایی عرضی محاسبه شده در مطالعات پیشین مقایسه می شود. نتایج مطالعات پیشین صحت نتایج به دست آمده در این پژوهش را تأیید می کند. نشان داده می شود فرض تنش صفحه ای برای لایه ها از دقت پاسخ ها می کاهد. دوران ماتریس های الاستیسیته، پیزوالکتریسیته و دی الکتریسیته ماده با استفاده از تبدیلات تانسوری، به عنوان جایگزین روابط تنش صفحه ای کاهش یافته، برای لحاظ کردن وابستگی خواص ماده به جهت، مورد استفاده قرار می گیرد. نزدیکی بیشتر پاسخ ها با نتایج مطالعات پیشین و جواب های اجزای محدود، حاکی از مناسب بودن شیوه جایگزین می باشد. با استفاده از توابع جابجایی به دست آمده، میدان کرنش و بر اساس آن با استفاده از روابط ساختاری ماده میدان تنش در ورق ارائه می شود. در خاتمه اثر پارامترهای زاویه بردار قطبش و نوع و ضخامت لایه پیزوسرامیک مورد استفاده در ورق چندلایه تطبیقی بر عملکرد این ورق بررسی می شود.

یکی از راه های تقویت سازه ها، پروفیل های فلزی پانلی شکلی هستند که به این سازه ها متصل می شوند. از این رو پانل توسط سازه مقید می شود که فقط در یک سوی خارج از سطح اعمال نیرو کمانش کند. در این پایان نامه کمانش یک طرفه پانل های استوانه ای دایره ای همگن همسانگرد و مرکب لایه لایه با شعاع انحنای محدود بر روی فونداسیون الاستیکی بدون کشش، برانگیخته شده با نیروهای مکانیکی درون سطح و گرمایی، به روش ریلی-ریتز آنالیز شده است. معادلات حاکم، براساس فرضیات تئوری کلاسیک و با اعمال اصل کار مجازی بر معادله انرژی، استخراج شده است. برای شبیه سازی فونداسیون، شبکه ای متشکل از فنرهای متمرکز به کار رفته است. مطالعات همگرایی تعیین تعداد فنر مورد نیاز در واحد طول برای تعیین شبکه ای مناسب(شبکه مرجع) از فنرها انجام شده است و به شبکه سایر نسبت های هندسی طول به محیط براساس این شبکه مقدار داده شده است. منحنی های کمانش الاستیکی پانل های همگن همسانگرد و پانل های مرکب لایه لایه استوانه ای دایره ای بر روی فونداسیون الاستیک بدون کشش برانگیخته شده با نیروهای مکانیکی درون سطح و گرمایی ارائه شده است. این نمودارها رابطه بین بار بحرانی و دمای بحرانی کمانش را با نسبت هندسی طول به محیط سازه در زاویه مرکزی مشخصی از پانل و رابطه بین بار بحرانی و دمای بحرانی کمانش را با زاوبه مرکزی نشان می دهند. تأثیر پارامترهایی هم چون تعداد و نوع چینش لایه ها در ضخامت ثابت، نسبت هندسی طول به محیط، نسبت هندسی شعاع به ضخامت، شرایط تکیه گاهی، زاویه الیاف بر بار بحرانی و دمای بحرانی کمانش یک طرفه و دوطرفه بررسی شده است. برای ارائه درست سنجی روش حاضر، کمانش یک طرفه پانل با شعاع انحنای بی نهایت با کارهای موجود مقایسه شده است. نتیجه ها نشان دادند که افزایش سطح پانل در اثر افزایش نسبت هندسی طول به محیط لزوماً منجر به افزایش سطح تماس بین پانل و فونداسیون و در نتیجه بار بحرانی کمانش نمی شود. از این رو الگوهای متفاوتی در تغییر بار بحرانی و دمای بحرانی کمانش یک طرفه دیده شد. از بررسی های انجام شده می توان نتیجه گرفت که با کاهش نسبت هندسی شعاع به ضخامت، برخلاف افزایش بار بحرانی و دمای بحرانی کمانش، تأثیر قید یک طرفه بر بار بحرانی و دمای بحرانی کاهش می یابد. هم چنین با افزایش تعداد لایه ها در ضخامت ثابت تأثیر قید یک طرفه کاهش می یابد.

تیرهای چرخان کاربردهای عملی گسترده ای در مهندسی مکانیک و هوافضا پیدا کرده اند، این تیرها نقش مهمی را در مدلسازی کاربردهای مهندسی همچون پره های توربین، پره های هلیکوپتر، ملخ هواپیما و بازوی مکانیکی ربات ها و . . . ایفا می کنند. با توجه به وجود چنین کاربردهای گسترده ای برای تیرهای چرخان، آنالیز ارتعاشات این تیرها اهمیت پیدا می کند. نیازهای دائم و رو به رشد صنعت، مهندسان را مجبور به تلاش برای یافتن راه حل ها و مواد جدیدی برای بهبود بخشیدن به پاسخ ساختاری سازه ها و همچنین بالا بردن تحمل و پایداری مواد کرده است. این موضوع به خصوص در مورد تیرهای چرخان که در معرض شرایط محیطی سخت همچون دمای بالا و شرایط مکانیکی همچون شتاب های چرخشی بالا، نیروهای محوری و سختی هندسی قرار دارند قابل درک بوده و بیشتر به واقعیت نزدیک می باشد. پیدایش و کشف مواد مرکب پیشرفته شامل مواد fgm، راه حلی برای این مشکل می باشد. به کارگیری مواد fgm از این جهت که هم مقاومت گرمایی و مکانیکی بالایی داشته و هم مشکل لایه لایه شدن را نسبت به مواد دیگر همچون مواد مرکب سنتی ندارند، موثر می باشد. در این تحقیق به تحلیل ارتعاشات تیرهای چرخان یکنواخت و باریک شونده ساخته شده از مواد fgm پرداخته می شود. برای تیر یکنواخت معادله های ارتعاشی گسسته شده بر حسب زمان برای حرکت بال زدن(flap) و لنگ زدن(lag) بر اساس مدل خطی و غیرخطی بر اساس رابطه ی غیر خطی کرنش - جابه جایی با استفاده از روش المان محدود بدست می آید. در مدل غیرخطی با توجه به اینکه سختی سیستم تابع تغییر مکان گره های المان می باشد، بنابراین از روش عددی نیومارک برای حل معادلات گسسته شده و محاسبه فرکانس های طبیعی سیستم استفاده می شود. در این حالت اثرات تغییر خواص درجه بندی شده، مدل غیرخطی، سرعت دورانی و. . . بر روی فرکانس های سیستم بررسی می شود. در ادامه ارتعاشات تیرهای چرخان باریک شونده ساخته شده از مواد fgm در حالت بال زدن و لنگ زدن تیر مورد تحلیل قرار می گیرد. در این بررسی فرض می شود که عرض و ضخامت تیر مطابق با یک رابطه خطی در طول تیر تغییر می کنند. در این حالت معادلات حرکت سیستم با استفاده از روش المان محدود و با کاربرد دو نوع المان گسسته شده و معادلات نهایی گسسته شده زمانی استخراج می شوند. برای تیر باریک شونده از دو نوع المان 4 و 8 درجه آزادی استفاده شده و همچنین نتایج دو نوع المان با هم مقایسه شده است. در این بررسی اثرات باریک شوندگی و سرعت دورانی بر روی فرکانس ها و شکل مودهای سیستم بررسی شده است. تیر بر اساس دو تئوری تیر کلاسیک(اویلر- برنولی) و مرتبه اول(تیموشنکو) مدل شده و اثرات تغییر شکل برشی سطح مقطع، اینرسی دورانی و شتاب کریولیس مد نظر قرار گرفته است. پاسخ ها در هر دو قسمت با نتایج موجود در مقالات مقایسه شده و صحت آن ها مورد تایید قرار گرفته است.

در این پایان نامه، آسیب شناسی سازه ای یک تیر ضخیم پولادی از جنس st-52 با بهره گیری از روش پخش امواج هدایت شده ی فراصوت، مورد مطالعه قرار گرفته است. در ابتدا، روش های گوناگون آسیب شناسی در سازه ها شناسانده شده است. با مقایسه بین روش های موجود، روش پخش امواج هدایت شده ی فراصوت به عنوان روشی نیرومند با توانایی پایش بلادرنگ سازه ها (بدون حضور و دخالت انسان) برای انجام فرایند آسیب شناسی برگزیده می شود. در ادامه، به بیان جنبه های نگره ای و کاربردی روش یاد شده پرداخته می شود. در گام بعد، پردازش سیگنال به عنوان مهم ترین بخش یک سامانه ی آسیب یاب بر پایه ی سیگنال مورد بررسی قرار گرفته است و روش های گوناگونی در این زمینه شناسانده می شوند. در ادامه، نشان داده می شود که به کارگیری تبدیل موجک، به دلیل دارا بودن برتری های فراوان نسبت به سایر روش های پردازش سیگنال، برتری دارد. سپس، به بازکردن الگوریتم پردازش سیگنال به کارگرفته شده در این پژوهش پرداخته شده است و مجموعه ی کارهای صورت گرفته در این باره در قالب فرایندهای پیش -پردازش، پردازش و پس -پردازش سیگنال ارایه می شود. در قسمت پیش -پردازش، با هدف پالایش سیگنال ها، کارهایی مانند نمونه برداری، پنجره گذاری، میانگین گیری، کنارگذاری بخش نا متناوب، هم پایه سازی و نوفه زدایی صورت پذیرفته است. پس از آن، سیگنال های پیش -پردازش شده، با بهره گیری از تبدیل موجک پیوسته و روش توان میانگین مقیاس شده ی موجک مورد پردازش قرار گرفته اند. در ادامه، از سیگنال های پردازش شده، ویژگی هایی مانند زمان پرواز و شدت انرژی موج بازتابیده شده از آسیب درآوری می شود تا سرشت های گوناگون آن مانند هستی، جا و بزرگا، به صورت دستی تعیین شود. در گام بعد، با هدف خودکارسازی فرایند آسیب شناسی، ویژگی هایی به نام نقطه های سرشت نمای آسیب، که برای نخستین بار در این پایان نامه پیشنهاد شده اند، از سیگنال ها درآوری شده است تا با به کارگیری آن ها، یک شبکه ی عصبی مصنوعی چندلایه آموزش داده شود. به منظور تهیه مجموعه داده ی ورودی جهت آماده سازی شبکه به گونه ای سریع و مقرون به صرفه، شبیه سازی های سه بعدی و گذرای پخش موج با بهره گیری از روش اجزای محدود در بسته ی نرم افزاری آباکوس و از راه نوشتن یک کد به زبان پیتون انجام پذیرفته است. در گام بعد، با هدف ارزیابی توانایی الگوریتم هوشمند پردازش سیگنال ارایه شده در شناسایی ترک در سازه، آزمون های آزمایشگاهی انجام می گیرد. برای برانگیزش و گرد آوری سیگنال های بدست آمده از پخش امواج هدایت شده در سازه، از دو تبدیل کننده پیزوسرامیکی، یکی به عنوان به کار اندازنده و دیگری به عنوان حسگر، به کارگرفته شده است. برای انجام آزمایش هایی دقیق، برنامه ای تفسیر شده به زبان c تهیه شده است که سامانه های الکتریکی برانگیزش (تابع ساز) و گرد آوری سیگنال (نوسان نما) را با دقت مناسبی کنترل کند. در پایان، با به کارگیری سیگنال های بدست آمده از آزمون های آزمایشگاهی، شبکه ی آموزش داده شده مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج بدست آمده حکایت از دقت بالای سامانه ی هوشمند آسیب یابی در شناسایی و سرشت یابی ترک در سازه دارد. گفتنی است همه ی کدهای فرایند پردازش سیگنال در نرم افزار متلب نوشته شده اند.

سلامت سنجی سازه ای در چند دهه ی اخیر مورد توجه محققان علوم مختلف از جمله کنترل ماشین آلات صنعتی، صنایع هوافضا، صنایع نظامی، سازه های عظیم، پل ها و غیره قرار گرفته است. با توجه به بالا بودن هزینه های تولید، تعمیر و نگهداری، نیاز به یک روش کم هزینه و با دخالت کمتر انسان برای تشخیص آسیب ها، بیشتر احساس می شود که با توجه به نیازهای روز افزون برای پایش وضعیت سازه های مذکور، این روش محبوبیت بیشتری پیدا کرده است. در این پروژه، به صورت آزمایشگاهی، با هدف به کارگیری سلامت سنجی سازه ای از روش تحلیل موجک استفاده شده و نحوه ی کاربرد پارامترهای مربوط به تبدیل موجک برای بررسی تغییرات پاسخ شتاب نمونه های بتن آرمه، به منظور شناسایی آسیب در آن ها بررسی شده است. در این تحقیق، سیگنال های دریافتی از حسگرهای نصب شده بر روی نمونه های بتنی در حالت سالم و آسیب دیده مقایسه شده و با جابجا کردن محل آسیب و تغییر شدت آسیب، توانایی روش مورد استفاده در پیدا کردن مکان آسیب در حالات مختلف شرایط تکیه گاهی مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای این منظور از پارامترهای انرژی موجک بسته ای، آنتروپی موجک و پارامترهای وابسته به آن ها به عنوان ویژگی استفاده شده است و با آن ها مکان و شدت آسیب تخمین زده شده است. همچنین با مقاوم سازی نمونه های آسیب دیده و مقایسه ی سیگنال سازه ی سالم و سازه ی مقاوم سازی شده، روشی برای بررسی کفایت و کیفیت مقاوم سازی معرفی شده است. ضمناً با تغییر موجک مادر، دقت توابع هسته ی مختلف در مکان یابی آسیب ارزیابی شده که در این تحقیق، موجک مادر داوبچیز 4 بهترین دقت در تخمین مکان آسیب را داشته است. در این تحقیق، با استفاده از انرژی به خوبی مکان آسیب تخمین زده شده ولی آنتروپی نتوانسته است که به خوبی اهداف طرح را برآورده کند.

مواد fg، گونه ای از مواد مرکب ناهمگن هستند که ویژگی شاخص آن ها تغییر تدریجی اجزای سازنده شان می باشد. این ویژگی، موجب گشته که ورق های ساخته شده از این مواد علاوه بر بروز مقاومت بالا در برابر بارگذاری های مکانیکی، تغییر شدید دمای محیط را نیز تاب آورند. در نتیجه، ورق های fgm کاربرد روزافزونی در صنایع مختلف، به ویژه صنعت هوافضا یافته اند. از سوی دیگر، امروزه نقش امواج الاستیک فراصوت در انجام فرآیندهای بازرسی غیر مخرب، به وضوح، آشکار شده است. از این رو شناخت و درک صحیح از رفتار این امواج به ویژه در محیط های ناهمگن به یک ضرورت اساسی، تبدیل گشته است. تئوری های ورق به عنوان روش هایی ساده ولی تقریبی، جایگزین مناسبی برای روش های پیچیده الاستودینامیکی جهت تحلیل انتشار امواج در ورق ها می باشند. در استفاده از تئوری های ورق برای این منظور، ایجاد تعادل بین دو جنبه ی سهولت تحلیل و دقت نتایج به صورت موضوعی چالش برانگیز، جلوه می کند. بررسی این مسأله، موضوع عمده این پایان نامه می باشد. در پژوهش حاضر با بررسی حالات مختلف بارگذاری های دینامیکی با فرکانس های بالا و در نظر گرفتن ضخامت های مختلف برای ورق های نامتناهی fgm و نیز تنوع در میزان ناهمگنی ماده، تلاش می شود تصویری روشن از گستره کارآیی تئوری های ورق برای تحلیل مسائل انتشار موج خمشی در ورق های ناهمگن هدفمند ارائه گردد. تحلیل های تقریبی بر اساس تئوری های کلاسیک، مرتبه اول و مرتبه سوم برای ورق های هدفمند، صورت می گیرد. برای کنترل و مقایسه نتایج حاصل از تئوری های ورق، یک روش عددی هیبرید (hnm) که ترکیبی از روش المان های لایه ای و تحلیل مودال، همراه با بهره گیری از تبدیل فوریه است مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین اثر عوامل دیگری نظیر نیروهای درون صفحه و بستر ارتجاعی بر رفتار موج در ورق های هدفمند، مورد بررسی قرار می گیرند. علاوه بر آن، مسأله فرآیند معکوس در بازیابی نیروی ضربه، مورد بررسی قرار می گیرد.

مواد مرکب موادی با استحکام و سختی بالا و چگالی کم هستند که با این ویژگی ها جایگزین موادی مانند فولاد و آلومینیوم در صنعت شده اند اما این مواد به آسیب ایجاد شده در اثر ضربه حساسند. ضربه های با سرعت کم آسیب داخلی در سازه ایجاد می کنند که با رشد این آسیب در بارگذاری های بعدی استحکام سازه به طور ناگهانی کاهش می یابد. در این پایان نامه به بررسی مقاومت ضربه ای و استحکام خمشی پس از ضربه تیرهای مرکب چندلایه با مقطع ناودانی و از جنس شیشه پلی استر پرداخته شده است. برای این منظور معیارهای آسیب مناسب موجود برای شکست دینامیک مواد مرکب جستجو شدند و از این میان معیارهای هو، هاشین، ماکزیمم کرنش و معیار پاک به زبان فرترن برنامه نویسی و در بسته نرم افزاری آباکوس وارد شدند. شبیه سازی های ضربه و خمش پس از ضربه نشان داد که معیار ماکزیمم کرنش برای شکست الیاف و معیار هو برای شکست زمینه بهترین دقت را در پیش بینی محل و زمان رخداد آسیب و استحکام خمشی پس از ضربه دارند. در ادامه آزمایش ضربه با انرژی های مختلف با تغییر ارتفاع ضربه زن بر تیر کوتاه 25 سانتیمتری و تیر بلند 50 سانتیمتری انجام شد و بر روی هر نمونه ضربه خورده آزمایش خمش صورت گرفت. در آزمایش های ضربه نوعی شکست زمینه در محل اتصال جان تیر به بال تیر اتفاق می افتاد که ناشی از لایه لایه شدن و تمرکز کرنش در گوشه تیر بود و استحکام خمشی پس از ضربه تیر را بسیار تحت تاثیر قرار می داد و نیز سبب اختلاف زیاد بین نتایج حاصل از شبیه سازی و نتایج حاصل از آزمایش ها می شد برای رفع این مشکل این ناحیه با المان چسب مدل شد. استفاده از المان چسب برای مدل سازی این نوع آسیب روش نوینی بود که در ادبیات تحقیق بررسی نشده بود. به عنوان چند نمونه از نتایج به دست آمده در پایان نامه می توان به این موارد اشاره کرد: معیار پاک در تعیین محل شکست الیاف در کشش و فشار دقت کمی داشت. در شبیه سازی ها با ثابت نگه داشتن ارتفاع سقوط ضربه زن سه روند خطی برای تغییر استحکام خمشی و مدول خمشی پس از ضربه بر حسب انرژی ضربه برای تیر 50 سانتیمتری و روند خطی برای تغییر استحکام خمشی پس از ضربه برای تیر 25 سانتیمتری مشاهده شد. علاوه بر این با تغییر ارتفاع سقوط ضربه زن و ثابت نگه داشتن جرم ضربه زن نیز سه روند برای تغییر استحکام خمشی پسماند تیر بر حسب انرژی ضربه مشاهده شد که در ناحیه اول آسیب زمینه و در نتیجه کاهش استحکام اندک بود. در ناحیه دو استحکام خمشی به نصف مقدارآن بدون آسیب ضربه ای قبلی می رسید و در ناحیه سه روند نمودار تخت بود.

سازه های هوشمند، سازه هایی پرکاربرد درسیستم های مکانیکی و عمرانی می باشند. در سازه های هوشمند، مواد پیزوالکتریک دارای کاربردهای فراوانی هستند. در این پایان نامه کنترل ارتعاشات پوسته استوانه ای به کمک وصله های پیزوالکتریک از نوع حسگر و عملگر مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. پوسته ی استوانه ای مورد مطالعه دارای شرایط مرزی دو سر ساده می باشد که وصله های پیزوالکتریک به صورت موضعی به آن چسبانده می شوند. ابتدا با استفاده از جملات انرژی، کار مجازی و اصل هامیلتون مدل پیوسته سیستم به دست آمده، سپس معادله حرکت پوسته به همراه وصله های پیزوالکتریک متصل به آن با استفاده از روش رایلی-ریتز و بر مبنای نظریه غیرخطی دانل استخراج می شود. در گام بعدی، هدف پیدا کردن مکان بهینه برای وصله های پیزوالکتریک برای کنترل مودهای ارتعاشی سازه می باشد. لازم به ذکر است که این بهینه سازی بر مبنای درجه کنترل پذیری و مشاهده پذیری سازه و همچنین درنظرگرفتن مودهای باقیمانده برای کاهش اثرات خارجی انجام می گیرد. برای بهینه سازی موقعیت هر یک از حسگرها یا عملگرها دو متغیر تعریف می شود که یکی مختصات گوشه وصله ها که خود شامل دومتغیر است، و دیگری زاویه قرارگیری وصله ها می باشند. برای یافتن مکان بهینه از الگوریتم ژنتیک استفاده می شود. یک کنترل کننده ساده پسخور منفی سرعت برای کنترل فعال پاسخ دینامیکی سیستم در نظر گرفته شده است. در نهایت تأثیر مکان اختیاری وصله ها، ابعاد پوسته، زاویه قرار گیری وصله ها بر روی پوسته، اندازه ی وصله ها، تعداد آنها، مقدار نیروی مکانیکی وارده و ولتاژ اعمالی عملگر مورد بحث و بررسی قرار می گیرد.

در این پایان نامه ارتعاش آزاد ورق گرافینی تک لایه در اندازه نانو تحت گذر جریان یک سویه سیال مورد بررسی قرار می-گیرد، به صورتی که سیال از یک یا دو طرف ورق می گذرد. گذر سیال، فشار دینامیکی به ورق وارد می کند و ورق بر اثر این فشار به ارتعاش درمی آید، با افزایش سرعت سیال این فشار دینامیکی افزایش می یابد تا آنجا که ورق ناپایدار می گردد. دو گونه ناپایداری دیورژانس و فلاتر ناشی از درهم گیری مودها برای چهار مود نخست ورق مورد بررسی قرار می گیرد. از آنجا که ورق در اندازه نانو می باشد از تئوری ناموضعی ارینگن بر پایه تئوری ورق کلاسیک (کیرشهف-لاو) بهره گرفته شد تا اثر اندازه کوچک را در ارتعاشات ورق بتوان بررسی کرد. برای حل عددی از روش گالرکین و تابع های آزمون هارمونیک استفاده شد . مدل سازی اندرکنش سیال-سازه از تابع پتانسیل (با چشم پوشی از گرانروی سیال) و معادله ناویر-استوکس (با در نظر گرفتن گرانروی سیال) استخراج می شود و برای در نظر گرفتن اثر اندازه در سیال، عدد نودسن برای شرط مرزی لغزشی به کار برده شد. سرانجام تاثیر پارامتر ناموضعی، جریان یک طرفه و دو طرفه، وجود دیوار صلب با فاصله ای از ورق (هم چنین تاثیر این فاصله)، وجود ورق الاستیک با فاصله ای از ورق، عدد نودسن (برای سیال مایع و هوا )، نسبت طول به عرض ورق، چگالی سیال، در نظر گرفتن ترم های لزجت مورد بررسی قرار می گیرد. بسامدهای طبیعی بدست آمده در کار کنونی برای نانو-ورق با نتیجه های دینامیک مولکولی انجام شده در کارهای پیشین مقایسه شد و نزدیکی پاسخ ها به نتیجه ها اعتبار بخشیده است.

در این پایان نامه با معرفی یک مدل آیروالاستیک برای میکروتیر های برانگیخته شده توسط نیروی الکترواستاتیک، اثر گذر سیال خارجی بر ولتاژ اتصال کوتاه و ناپایداری دینامیکی آنها مورد بحث قرار می گیرد. این مدل هم برای میکروتیر دو سر گیردار و هم یک سر گیردار بررسی می شود. هم چنین ناپایداری دیورژانس و فلاتر ناشی از گذر سیال خارجی نیز مورد توجه قرار می گیرد. در تمامی بخش های این پایان نامه، از روش رانژ-کوتا مرتبه چهار برای محاسبه ی پاسخ دینامیکی سیستم ها استفاده می شود. در هر قسمت نیز با اعتبار سنجی مدل های ساده شده ی ارایه شده، صحت روش های حل مساله مشخص می شود. در ادامه ارتعاش ناخطی نانولوله های کربنی سیال بر، با در نظر گرفتن اثر اندازه برای مقیاس کوچک هم برای سیال و هم برای نانولوله و نیز اثر کرنش فون کارمن، مورد بررسی قرار می گیرد و سرعت های بحرانی سیال که موجب بروز ناپایداری دیورژانس می شوند، به کمک روش تحلیلی هوموتوپی، محاسبه می شوند. هم چنین مقایسه ای میان نتیجه های بدست آمده ی کنونی با آنچه که در بررسی های پیشین محاسبه شده است، صورت می گیرد که نشان دهنده ی اعتبار این روش در حل مساله های ناخطی است. برای پی بردن به اثر تحریک خارجی الکترواستاتیک بر پایداری نانولوله، با ارایه ی مدلی که شامل اعمال تحریک یک طرفه و دوطرفه ی الکترواستاتیک و نیروی واندروالس بر نانولوله ی سیال بر است، تاثیر ولتاژ اعمال شده بر ناپایداری دیورژانس و نیز ناپایداری مربوط به ولتاژ اتصال کوتاه نانولوله بررسی می شود. هم چنین تاثیر در نظر گرفتن کنترل هایی بر اعمال ولتاژ بر مبنای جا به جایی و سرعت عرضی نانولوله، بر پیش-گیری از ناپایداری و افزایش دامنه ی ارتعاش آن بررسی می گردد.

در این تحقیق، نخست به بررسی کمانش استاتیکی نانولوله های کربنی به کمک یک مدل جدید و بر پایه تئوری ناموضعی، روش های انرژی، حساب تغییرات و تئوری گرادیان کرنش پرداخته می شود. با این مدل پیشنهادی، معادله های حاکم و شرایط مرزی ناموضعی برای نانوتیرهای تیموشنکو استخراج و برای نخستین بار، پاسخ بسته و دقیق مساله کمانش محوری نانوتیرها با شرایط مرزی گوناگون محاسبه می گردد. در ادامه ی این تحقیق، به بررسی کمانش دینامیکی در نانولوله های کربنی دو دیواره با استفاده از مدل های ناموضعی تیر اویلر- برنولی، تیموشنکو و پوسته های استوانه ای دانل پرداخته می شود. هم چنین اثرهای ناموضعی، بستر الاستیک پسترناک، میدان گرمایی و اینرسی دورانی نیز بر روی کمانش دینامیکی این نانوسازه ها بررسی می گردد. پس از آن تحلیل کمانش دینامیکی ضربه ای یک نانولوله کربنی دو دیواره به صورت غیرخطی و به کمک تئوری ناموضعی انجام می گیرد. در این حالت بارگذاری محوری به صورت یک پالس و در مدت زمان محدود اعمال و کمانش دینامیکی ضربه ای نانولوله ها به صورت غیرخطی تحلیل می گردد. در پایان نیز پخش موج در نانولوله های کربنی در اثر عوامل مختلفی مانند اثرهای ناموضعی، نیروی فشاری، بستر الاستیک پسترناک، میدان گرمایی، اینرسی دورانی و نیروهای واندروالس بررسی می شود. پس از تحلیل های انجام شده و برای اعتبارسنجی مدل های ارایه شده، نتایج به دست آمده در این تحقیق با نتایج عددی موجود در مراجع دیگر مقایسه شده است. این مقایسه نشان می دهد که مدل ساختاری ارایه شده بر پایه ی تئوری ناموضعی نسبت به سایر تئوری های کلاسیک بسیار دقیق تر می باشد و به پاسخ های به دست آمده از روش دینامیک مولکولی (md) نزدیک تر است. از کاربردهای بسیار جدید این زمینه می توان به طراحی نانو حس گرهای واقع در یک محیط زیستی برای تشخیص عوامل بیماری زا اشاره نمود که می تواند در یک لحظه تمامی اثرهای گفته شده را در بر گیرد.

در سال های اخیر نانولوله های کربنی حامل سیال با توجه به کاربرد فراوانشان به عنوان مجراهای انتقال سیال در پزشکی و بیومکانیک توجه پژوهشگران زیادی را به سوی خود کشیده است. از این رو بررسی رفتار دینامیکی و انواع ناپایداری های ایجاد شده در نانولوله های کربنی که توسط جریان سیال درون آن برانگیخته می شوند، موضوع اصلی بیشتر این پژوهش ها بوده است. برای محاسبه ی سرعت های متوسط بحرانی سیال عبوری (سرعت هایی که در آن نانو لوله پایداری خود را از دست می دهد) به مدل سازی نانولوله ها با تئوری های مختلف از قبیل تیر اویلر-برنولی، تیر تیموشنکو و مدل پوسته الاستیک با شرایط مرزی گوناگون پرداخته شده است. در این پایان نامه از دو مدل تیر و پوسته برای مدل سازی نانو لوله استفاده می گردد. همچنین برای حل عددی و گسسته سازی معادله ی اندرکنش سیال-سازه نیز از روش گالرکین استفاده می گردد. با توجه به اندازه ی کوچک نانولوله ها، برای تحلیل مکانیکی نیاز به در نظرگرفتن تئوری های ویژه ای است که در این محدوده از اندازه های هندسی حکم فرما باشند. از این رو برای در نظر گرفتن اثرات اندازه برای سازه از تئوری های نا موضعی ارینگن و گرادیان کرنش-اینرسی استفاده می شود. تئوری نا موضعی ارینگن کاهش بسامد ها و سرعت های بحرانی را پیش بینی می نماید، درحالیکه تئوری گرادیان کرنش افزایش مقدار سرعت بحرانی و بسامد های آزاد را گزارش می کند. اثرات مقیاس کوچک سیال عبوری نیز با در نظر گرفتن رژیم لغزشی سیال به کمک عدد نودسن و تئوری خطی لغزش در معادلات حرکت حاکم دیده خواهد شد. در این پژوهش برای در نظر گرفتن رژیم لغزشی سیال دو مدل متفاوت اندرکنش سیال-سازه برای تیر و پوسته مورد استفاده ارائه می گردد. در مدل اول که براساس تعریف ضریب اصلاحی سرعت به دست می آید، با افزایش مقدار عدد نودسن سرعت های بحرانی و بسامد های ویژه ی نانو لوله کاهش می یابند. با توجه به مقادیر مجاز عدد نودسن برای سیال مایع و گاز، ملاحظه می گردد که بر اساس این مدل، رژیم لغزشی اثر چندانی بر رفتار ارتعاشی و پایداری نانو لوله ی حامی سیال مایع نمی گذارد. این درحالیست که برای جریان گاز، این مدل، کاهش 95 درصدی سرعت را نشان می دهد. در مدل دیگر که با لحاظ کردن سرعت لغزشی سیال بر روی دیواره ی نانو لوله به دست آمده است، رژیم لغزشی باعث افزایش پایداری نانو لوله شده و با افزایش عدد نودسن، مقدار سرعت لغزشی سیال بر روی دیواره بزرگ تر شده و پروفیل سرعت در داخل لوله یکنواخت تر می گردد. بنابراین به نتایج حاصل از مدل استاندارد اندرکنش سیال-سازه یرای تیر و پوسته نزدیک تر می شویم. در بخش دیگری از این پژوهش سعی شده تا اثر گرانروی سیال بر رفتار پایداری تیر و پوسته ی حامل سیال به دقت مورد بررسی قرار گرفته و معادلات اندرکنش سیال-سازه تحت گذر سیال گرانرو به طور صحیح استخراج می شوند. از این رو معادله ی اندرکنش سیال-سازه برای تیر اویلر-برنولی حامل جریان گرانرو اصلاح می گردد. مدل اصلاح شده به خوبی نشان می دهد که پارامتر گرانروی سیال به طور صریح در معادله حرکت دیده نخواهد شد. علاوه بر آن معادله ی اندرکنش سیال-سازه ی جدیدی برای پوسته ی دانل حامل جریان غیر چرخشی و نا گرانرو استخراج می گردد. در پایان نتیجه های دو روش گالرکین و موج متحرک با یکدیگر مقایسه می شوند.

تنش های پس ماند در بسیاری از سازه ها و قطعات تولیدی به جود می آیند. پژوهش های بسیاری در خصوص چنین پدیده ای صورت گرفته تا تاثیر آن را بر روی خواص مکانیکی قطعات مطالعه کنند. در طول زمان روش های مختلفی توسعه یافته اند تا تنش های پس ماند را در قطعات مختلف و با ارزیابی مطمئن به دست آورند. اندازه گیری های غیرمخرب تنش باقی مانده جهت بهینه سازی طراحی سازه ها و کنترل استحکام مکانیکی آن ها بسیار مهم است. متاسفانه روش مطمئنی که بدون تخریب بتواند نتیجه کاملاً راضی-کننده ای در نمایش تنش های داخلی جوش ارایه دهد، وجود ندارد. نوع ماده، هندسه، کیفیت سطح، هزینه و دقت اندازه گیری برخی از پارامترهایی هستند که باید در انتخاب یک روش استاندارد لحاظ شوند. از این رو توسعه روش هایی مانند پراش اشعه x ، کرنش-سنجی سوراخ کاری و امواج فراصوت اجتناب ناپذیر است. اندازه گیری تنش توسط امواج فراصوتی روشی غیرمخرب، آسان و به نسبت قابل قبولی ارزان است که اخیراً در تعدادی از کاربردهای صنعتی رواج یافته است. روش فراصوت یکی از اقتصادی ترین روش های اندازه گیری است که می توان از آن در محیط های صنعتی بهره برد. این روش در مقایسه با دیگر روش های غیر مخرب نظیر پراش اشعه x و پراش اشعه نوترون بسیار سریعتر است و در عین حال نیازی به آزمایشگاه پیشرفته ندارد. اخیراً استفاده از موج طولی شکست یافته بحرانی در مقالات بسیاری به عنوان روش اندازه گیری تنش های باقی مانده مورد پژوهش قرار گرفته است. در این پروژه پس از مطالعه تئوری، روش اندازه گیری موج طولی شکست یافته بحرانی در مقاطع جوش تخت اعمال می شود. رهیافت تاگوچی به عنوان روش طراحی آزمایش آماری جهت بهینه سازی چهار پارامتر جوش پالسی در کمینه نمودن تنش های پس ماند طولی در فولاد 304 زنگ نزن آستنیتی به کار گرفته شده است. این پارامترها جریان پالس، جریان زمینه، درصد زمان پالس و فرکانس پالس هستند که در سه سطح مختلف و تحت آرایه متعامد l9 تاگوچی به کار می روند. پس از جوش کاری و اندازه گیری تنش با روش موج طولی شکست یافته بحرانی ، تنش های بیشینه در خط مرکزی مقاطع جوش گزارش شدند. این تنش های بیشینه کششی نسبت مستقیمی با گرمای ورودی قوس جوش داشتند. بنابراین مشخص شد که حرارت ورودی معیار مهمی در تحلیل تنش های پس-ماند است. تحلیل واریانس بر روی داده های اندازه گیری شده حاصل از نرخ های سیگنال به نویز انجام گرفته است. شرایط بهینه به دست آمده در کمترین سطح جریان پالس، جریان زمینه و درصد زمان پالس به دست آمد در حالی بیشترین سطح فرکانس باید منظور شود. با توجه به نتایج حاصل از تحلیل تاگوچی در این پایان نامه، جریان زمینه موثرترین پارامتر در تنش های پس ماند شناخته شده است. جریان پالس عامل مهم بعدی بوده و درصد زمان پالس هم در جایگاه سوم قرار دارد. فرکانس پالس نیز آخرین پارامتر موثر بوده است. میانگین این درصدها برای جریان زمینه، جریان پالس، درصد زمان پالس و فرکانس پالس در ارتفاع های اندازه گیری شده 5/1 و 3 میلیمتر از سطح به ترتیب 57% ، 29% ، 7/17% و 6/1% هستند. در نتیجه روش تاگوچی به عنوان روش پیشنهادی برای به دست آوردن شرایط بهینه در چنین مطالعاتی توصیه می شود

آثار مخربی که پدیده تشدید می تواند به دنبال داشته باشد، اهمیت بررسی و تحلیل ارتعاشات آزاد را به ویژه در هندسه ها و مواد پرکاربرد به خوبی نشان می دهد. هدف اصلی در این پایان نامه بررسی و تحلیل سه بعدی ارتعاشات آزاد پوسته های استوانه های با خواص درج هبندی شده همراه با لایه های پیزوالکتریک می باشد. در این کار اثر اعمال محیط حرارتی و ایجاد اختلاف دما در جسم، بر فرکانس طبیعی سیستم نیز مورد بررسی قرار گرفته است. ویژگی های لایه با خواص درجه بندی شده، علاوه بر مختصات (در راستای شعاع)، به دما نیز وابسته در نظر گرفته شده، همچنین اثر دما بر لایه های پیزوالکتریک مورد بررسی قرار گرفته است. اعمال شرایط حرارتی با توجه به شرایط مرز ی در تکیه گاه ها منجر به اعمال تنشهای حرارتی اولیه در پوسته می گردد که این تنش ها بر مشخصه های ارتعاشی پوسته موثر می باشند. نخست با استفاده از معادله انتقال حرارت پایای یک بعدی در پوسته استوانه های، میدان توزیع دما تعیین شده است. سپس به منظور محاسبه ی تنش و کرنش های حرارتی اولیه، به استخراج و حل معادلات تعادل ترموالاستیک پرداخته شده و پس از آن با استفاده از اصل هامیلتون، معادلات حرکت پوسته استوان های با خواص درج هبندی شده همراه با لایه های پیزوالکتریک محاسبه شده است. به منظور گسست هسازی و حل معادلات، از روش انتگرال دیفرانسیلی توسعه یافته استفاده شد. شرایط مرزی دو سر گیردار و یک سر گیردار یک سر آزاد برای این پوسته در نظر گرفته شده و اثر دما، توان نسبت حجمی و نسبت پارامترهای هندسی بر نتایج نیز بررسی شد. به طور کلی می توان گفت که در این تحقیق فرکانس طبیعی سیستم با افزایش اختلاف دما، افزایش توان نسبت حجمی لایه با خواص درج هبندی شده و افزایش نسبت طول به شعاع، کاهش یافته و افزایش نسبت ضخامت لایه با خواص درج هبندی شده به ضخامت لایه های پیزوالکتریک، افزایش فرکانس طبیعی را به دنبال دارد.

نانو ساختارها، ساختارهایی هستند که در آن ها خواص با تغییر اندازه ابعاد تغییر کنند ، یعنی در مقیاس نانو خواص ماده نسبت به حالت معمول متفاوت باشند. فناوری نانو با نگاهی نو به وسایل، سیستم ها و موادی که تا کنون ساخته شده اند، سعی در برطرف کردن عیوب آن ها دارد.در تعریف این فناوری، دستکاری و چینش مواد زیر ابعاد 100 نانومتری مطرح شده است. با دستکاری اتم ها و تغییر روش ساخت می توان موادی کوچک تر، محکم تر و سبک تر به وجود آورد. کاهش ابعاد می تواند به همان اندازه به بزرگ شدن و تقویت خواص و قابلیت ها منجر شود. امروزه، سه روش کلی برای تحلیل مکانیک ساختارهای نانو وجود دارد. این روش ها شامل آزمایشات کنترل شده در ابعاد نانو، شبیه سازی دینامیک مولکولی با استفاده از رایانه و استفاده از تئوری های کلاسیک محیط پیوسته اصلاح شده است. یکی از مهم ترین سازه ها در مقیاس نانو، نانوصفحات گرافنی است. از جمله ویژگی های منحصر به فرد گرافن می توان به اندازه نانومتری، سختی و استحکام مکانیکی بسیار زیاد، قدرت رسانایی الکتریکی و حرارتی بسیار بالا، انعطاف پذیری و خاصیت مغناطیسی اشاره کرد. با توجه به این خواص در مورد گرافن، این ماده به شدت مورد توجه دانشمندان قرار گرفته و در حوزه های مختلفی از زندگی بشر همچون کشاورزی، پزشکی، الکترونیک، صنایع حمل و نقل، صنایع دفاعی و ... کاربرد گسترده ای دارد. زمانی که یک صفحه تحت تاثیر نیروهای داخل صفحه ای فشاری در طول لبه های خود قرار می گیرد، در صورت اعمال تدریجی بارهای فشاری و در مراحل اولیه ی بارگذاری که نیروها به اندازه کافی کوچک هستند، صفحه تنها کرنش داخل صفحه ای را تجربه کرده و حالت تعادل صفحه پایدار می باشد و صفحه تا زمانی که بار به مقدار مشخصی برسد، صاف باقی می ماند. در مقدار باری که بار کمانش گفته می شود، حالت پایدار صفحه از بین رفته و دچار تغییر شکل های ناگهانی خارج از صفحه شده و صفحه وضعیت تعادلی متناوبی را دنبال خواهد کرد که با تغییر توام رفتار بار- خیز همراه است. باری که باعث کمانش صفحه می شود بار بحرانی کمانش نامیده می شود. در این پایان نامه در ابتدا با استفاده از تئوری غیرمحلی ارینگن معادلات کمانش نانوصفحات ارتوتروپیک گرافنی، استخراج و برای حل این معادلات از روش تفاضل محدود استفاده شد. کمانش نانوصفحه مستطیلی مورد نظر در حالات مختلف بارگذاری یکنواخت وغیر یکنواخت خطی داخل صفحه بررسی شد. بر اساس نتایج به دست آمده، بار بحرانی کمانش بدون بعد غیر محلی همواره کوچکتر یا مساوی بار بحرانی کمانش متناظر کلاسیک می باشد. علاوه براین با افزایش قید گیرداری بر روی شرایط مرزی نانو صفحه، اثر مقیاس کوچک بر روی بار کمانش بدون بعد به تدریج افزایش می یابد.

سازه های تغییرشکل پذیری‎ ‎همچون تیرها و قوس ها در مهندسی مدرن بسیار استفاده می شوند. این سازه ها در مهندسی مکانیک، مهندسی ‏رباتیک، رادیو مهندسی، و مهندسی عمران و حمل و نقل، کاربردهای زیادی پیدا کرده اند. علاوه بر کاربردهای ذکر شده در مقیاس ‏ماکرو، این سازه ها در مقیاس میکرو و نانو هم استفاده می شوند. به عنوان نمونه این سازه ها در حسگرهای زیستی، میکروسکوپ های ‏نیروی اتمی، و سیستم های میکرو/ نانو الکترومکانیکی کاربرد دارند. با توجه به اهمیت قوس ها و نانوقوس ها به دلیل کاربرد فراوان در ‏زمینه های مختلف مهندسی و همچنین اهمیت موضوع پایداری سازه ها در طراحی وضعیت های مختلف سازه، بررسی پایداری قوس ها و ‏نانوقوس ها موضوع این پژوهش قرار گرفته است. لازم به ذکر است در بعضی از پژوهش هایی که اخیراً منتشر شده، تصاویر به دست آمده ‏از نانولوله های کربنی تقویت کننده ی کامپوزیت ها حاکی از وجود انحنا در این نانولوله ها هستند. بنابراین مدل سازی رفتار آن ها به ‏صورت تیرهای خمیده منجر به نتایجی خواهد شد که در مقایسه با نتایج حاصل از مدل تیر صاف، تطابق بهتری با داده های تجربی دارند. ‏برای مطالعه ی قوس ها، ابتدا معادلات حاکم بر مسأله با استفاده از اصل ایستایی انرژی پتانسیل و اصول حساب تغییرات استخراج می شوند. ‏در خصوص مسأله ی نانوقوس، به منظور وارد کردن آثار اندازه ی کوچک در معادلات حاکم، از تئوری الاستیسیته ی ناموضعی استفاده ‏می گردد. حل تحلیلی معادلات دیفرانسیل حاکم بر سازه ها فقط به مسائلی با بارگذاری و شرایط هندسی و مرزی ساده اختصاص دارد و ‏گاهی اوقات این حل های تحلیلی چنان پیچیده هستند که استفاده از آن ها برای کاربردهای روزانه ی مهندسی دشوار است. بنابراین به ‏روش های عمومی نیاز است تا بتوان مسائلی با هندسه و بارگذاری دلخواه و شرایط مرزی مختلف را به آسانی حل نمود. از این رو سعی ‏می شود که معادلات به دست آمده به صورت عددی حل شوند تا امکان بررسی حالت های مختلف مسأله وجود داشته باشد. به این منظور ‏معادلات استخراج شده با استفاده از روش تفاضل محدود گسسته سازی می شوند و برای حل عددی دستگاه معادلات جبری غیرخطی ‏ایجاد شده، روش کنترل جابه جایی تعمیم یافته مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش از دو پارامتر به نام های پارامتر سختی تعمیم یافته ‏و پارامتر نمو بار برای تشخیص تغییر در جهت بارگذاری استفاده می شود. بر اساس روش حل استفاده شده، برنامه ای برای حل عددی ‏مسأله در نرم افزار matlab r2011a‏ گسترش داده شده و پایداری قوس ها و نانوقوس ها بررسی می گردد. صحت نتایج از طریق مقایسه ی آن ها با حل-‏های تحلیلی موجود برای حالت های خاص مسأله، ارزیابی می شود. در پایان رفتار کمانش و فراکمانش قوس ها و نانوقوس ها مورد مطالعه ‏قرار می گیرد و آثار عوامل مختلف مانند وجود بستر الاستیک وینکلر و پسترناک، شکل اولیه ی قوس، شرایط تکیه گاهی متفاوت، ‏توزیع های مختلف بار، و وجود نقص اولیه در توزیع بار بر بار بحرانی و ارتفاع اولیه ی بحرانی بررسی می شود. ‏

سازه های هوشمند سازه هایی هستند که تحریکات اعمال شده از داخل یا خارج را حس کرده و اندازه گیری می کنند و با توجه به الگوریتم مناسب، پاسخ مناسبی میدهند. مهمترین کاربرد سازه هوشمند در صنایع ساختمان سازی و پل سازی، هوافضا و مکانیک است. باید توجه داشت که سازه هوشمند متفاوت از مواد هوشمند است. مواد هوشمند به طور طبیعی دارای خاصیت هوشمندی هستند در حالیکه سازه هوشمند سیستمی مرکب از سازه ای میزبان، بکار اندازنده ها و حسگرهای ساخته شده از مواد هوشمند و یک یا چند ریز پردازنده دیجیتال است تا حلقه کنترل پس خور را بر روی سیستم ببندد. از جمله پارامترهای مهمی که در طراحی وتحلیل یک سازه باید مدنظر قرار گیرد کنترل ارتعاشات سازه است. در گذشته برای کنترل ارتعاشات از سیستم انفعالی مانند جرم-فنر-میراگر استفاده می شد. این روش دارای محدودیت هایی از جمله دامنه ارتعاش، فرکانس مبنای ارتعاش، عدم سازگاری با تغییرات محیطی در هنگام ارتعاشات، وابستگی به خواص ساختاری و هندسی سازه، میرایی ارتعاشات به صورت بالا و وزن بالای سیستم غیر فعال می باشد. در روش های جدید، سیستم های کنترل و مواد هوشمند برای میرایی ارتعاشات به کار برده شده است. به این ترتیب که پاسخ سازه بوسیله سنسور اندازه گیری می شود و پس از انجام بررسی های لازم توسط کنترلر پیام ها به محرک ارسال می شودو در نهایت منجر به استهلاک انرژی می شود. از میان مواد هوشمند، مواد پیزوالکتریک به علت حجم کم، وزن ناچیز، پهنای باند بزرگ و آسانی نصب وتوانایی بالا در کاهش ارتعاشات، تبدیل آسان انرژی الکتریکی به مکانیکی و بالعکس، اهمیت بیشتری پیدا کرده است. بعضی مواقع فاصله ای بین پیزو الکتریک وسازه ایجاد می شود. در این نواحی، جا به جایی، نیرو و تنش تغییر می کند و روی کنترل ارتعاشات نیز تاثیر می گذارد استفاده از مواد پیزوالکتریک در کنترل تغییر شکل و کنترل ارتعاشات در حال افزایش است. همچنین این مواد توانایی برای بهبود ویژگی های خود ازجمله مدول یانگ، میرایی و نیروی داخلی را دارند. هدف کلی در این پژوهش بررسی کنترل فعال ارتعاشات سازه با مواد پیزوالکتریک است. به این صورت که با نوشتن روابط انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی و کار مجازی، ماتریس جرمی وسختی المان بدست خواهد آمد وسپس پوسته در دنیای مجازی مطلب مدلسازی می شود و نشان داده می شود آیا یک سازه کنترل نشده تحت آزمایش دینامیکی با مدل پیزوالکتریک زودتر میرا می شود یا نه. در این پژوهش از روش کنترل پس خور سرعت وهم چنین کنترلر pid (تناسبی - انتگرالی - مشتقی ) برای میرایی نوسانات استفاده شده است.

ضربات با سرعت پایین می توانند با ایجاد آسیب در ماده مرکب عمر آن را کاهش دهند و از این رو حایز اهمیت هستند. در این پایان نامه به بررسی مقاومت ضربه ای و استحکام خمشی پس از ضربه تیرهای مرکب چندلایه با مقطع ناودانی و از جنس شیشه پلی استر پرداخته شده است. با جستجوی معیارهای آسیب مختلف معیارهای هو، هاشین، ماکزیمم کرنش و معیار پاک به زبان فرترن برنامه نویسی و در بسته نرم افزاری آباکوس وارد شدند. شبیه سازی های ضربه و خمش پس از ضربه نشان داد که معیار ماکزیمم کرنش برای شکست الیاف و معیار هو برای شکست زمینه بهترین دقت را در پیش بینی محل و زمان رخداد آسیب و استحکام خمشی پس از ضربه دارند. در ادامه آزمایش ضربه با انرژی های مختلف با تغییر ارتفاع ضربه زن بر تیر کوتاه 25 سانتیمتری و تیر بلند 50 سانتیمتری انجام شد و بر روی هر نمونه ضربه خورده آزمایش خمش صورت گرفت. در آزمایش های ضربه نوعی شکست زمینه در محل اتصال جان تیر به بال تیر اتفاق می افتاد که ناشی از لایه لایه شدن و تمرکز کرنش در گوشه تیر بود و استحکام خمشی پس از ضربه تیر را بسیار تحت تاثیر قرار می داد و نیز سبب اختلاف زیاد بین نتایج حاصل از شبیه سازی و نتایج حاصل از آزمایش ها می شد برای رفع این مشکل این ناحیه با المان چسب مدل شد. استفاده از المان چسب برای مدل سازی این نوع آسیب روش نوینی بود که در ادبیات تحقیق بررسی نشده بود. به عنوان چند نمونه از نتایج به دست آمده در پایان نامه می توان به این موارد اشاره کرد: معیار پاک در تعیین محل شکست الیاف در کشش و فشار دقت کمی داشت. در شبیه سازی ها با ثابت نگه داشتن ارتفاع سقوط ضربه زن سه روند خطی برای تغییر استحکام خمشی و مدول خمشی پس از ضربه بر حسب انرژی ضربه برای تیر 50 سانتیمتری و روند خطی برای تغییر استحکام خمشی پس از ضربه برای تیر 25 سانتیمتری مشاهده شد. علاوه بر این با تغییر ارتفاع سقوط ضربه زن و ثابت نگه داشتن جرم ضربه زن نیز سه روند برای تغییر استحکام خمشی پسماند تیر بر حسب انرژی ضربه مشاهده شد که در ناحیه اول آسیب زمینه و در نتیجه کاهش استحکام اندک بود. در ناحیه دو استحکام خمشی به نصف مقدارآن بدون آسیب ضربه ای قبلی می رسید و در ناحیه سه روند نمودار تخت بود.

در این پایان نامه یک تئوری جامع میکرو/ماکرومکانیک نوین، برای آنالیز خمشی ورق ساخته شده از ماده ی مرکب قیطان بافی شده ی سه بعدی در معرض بارهای جانبی ارایه می شود. این تئوری ترکیبی از یک مدل میکرومکانیک، بدست آمده از یک روش لایه لایه ی چندسلولی معادل نوین، با تئوری ماکرومکانیک شناخته شده ی لایه لایه ی کامل است. این تئوری، به نام تئوری چند سلولی لایه لایه ی کامل معادل (efl/muc) نام گذاری شده است. در این تئوری، یک ماده ی قیطان بافی شده ی سه-بعدی به عنوان یک سیستم سلولی در نظر گرفته می شود، به طوری که ویژگی های کشسان هر سلول به جایگاه آن در سطح مقطع ماده قیطان بافی شده ی سه بعدی بستگی دارد. به جای به دست آوردن ضریب های کشسان جهانی ماده ی مرکب قیطان بافی شده ی سه بعدی، سه لایه ی تئوری تشکیل و ضریب های کشسان هر لایه به صورت مجزا محاسبه می شود. این فرآیند، مدل میکرومکانیک را با تئوری لایه لایه ی کامل در بخش ماکرو مکانیک سازگار می کند. بر پایه ی تئوری efl/muc، معادله های دیفرانسیل حاکم برای آنالیز خمشی ورق قیطان بافی شده ی سه بعدی در معرض بارهای جانبی ارایه می شود. مساله به کمک روش های گالرکین و اجزای محدود حل می شود. برای این تئوری، یک برنامه در نرم افزار متلب نوشته شده است، به طوری که همه ی مولفه های تنش ایجاد شده در ماده ی مرکب قیطان بافی شده ی سه بعدی، تنها با وارد کردن ویژگی های بنیادین رشته، زمینه و مشخصه های هندسی ماده ی قیطان بافی شده ی سه بعدی محاسبه می شود. توزیع تنش و نیروهای پدید آمده در ماده ی مرکب قیطان بافی شده ی سه بعدی در معرض بارهای جانبی، حل شده با تئوری efl/muc، بسیار متفاوت با مواد همسان گرد حل شده با تئوری های تک لایه ی معادل است. این تفاوت ها در این پایان نامه مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. هم چنین، پس از معادل سازی و انجام میانگین گیری حجمی در کل ماده ی مرکب قیطان بافی شده ی سه بعدی، نتیجه های بخش میکرومکانیک با تئوری های موجود و سایر پژوهش ها راستی آزمایی و مقایسه می شود.

در این پژوهش سازه های با حرکت محوری یک بعدی، به ویژه تیر تیموشنکوی با حرکت محوری، زیر نیروی کششی محوری ثابت با روش المان محدود طیفی بر پایه ی تبدیل موجک برای آنالیز در حوزه های زمان و بسامد فرمول بندی می گردد. دقت بالای روش المان محدود طیفی بر پایه ی تبدیل موجک با مقایسه ی با دو روش المان محدود طیفی بر پایه ی تبدیل فوریه و المان محدود کلاسیک نمایان می گردد. تاثیر اندازه ی سرعت و نیروی کششی محوری روی پارامترهای ارتعاشی، ویژگی های موج (بسامد های طبیعی و عدد موج)، و پایداری سازه ی با حرکت محوری نیز برون آوری می گردد.

در این پژوهش، بیان نیرو در حوزه ی فرکانس، استخراج ماتریس سختی دینامیکی تیر ترک دار، و ارایه ی مدل طیفی برای پدیده ی گذر جرم، از روی تیر اویلر-برنولی و تیموشنکو، ارایه می شود. برای مدل سازی پدیده ی گذر جرم از روی تیر، مدل تقریبی جرم ساکن، در تیر به کار گرفته شده است. پاسخ ها از روش المان محدود طیفی به دست آمده، و با پاسخ های تحلیلی یا تحلیلی-عددی، و هم چنین پاسخ های برآمده از روش المان محدود کلاسیک، با تعداد المان های گوناگون، سنجیده می شوند. دقت پاسخ های به دست آمده از روش المان محدود طیفی و نزدیکی آن ها با حل های تحلیلی و نیمه تحلیلی موجود، از روش المان محدود کلاسیک بیشتر است.

در این پایان نامه، از روش شبیه سازی مونت کارلو و ترکیب آن با اجزای محدود برای آنالیز احتمال اندیشانه ارتعاشات آزاد و پایداری لوله های حامل سیال استفاده می شود. برای اندرکنش سیال-سازه، از مدل تیر اویلر-برنولی برای آنالیز سازه ی لوله استفاده می شود و برای درنظر گرفتن جریان سیال درونی از مدل جریان با پروفیل سرعت-ثابت استفاده شده است. با درنظر گرفتن پارامترهای سازه ای و سیال سیستم به عنوان میدان های تصادفی، معادله ی دیفرانسیل پاره ای متقن حاکم بر سیستم پیوسته، به یک معادله ی دیفرانسیل پاره ای و تصادفی تبدیل می شود. میدان های تصادفی پیوسته، توسط روش های گسسته سازی نقطه-وسط و میانگین موضعی، گسسته می شوند. سپس، با استفاده از شبیه سازی های مونت کارلو در هر حلقه تکرار، هر معادله پارامتر-پیوسته ولی با پارامترهای تصادفی-گسسته، به یک معادله ی دیفرانسیل پارامتر-پیوسته ی متقن تبدیل می شود. هر کدام از این معادلات، به کمک اجزای محدود، به یک دستگاه معادلات دیفرانسیل معمولی متقن تبدیل می شود. بنابراین، همه ی پارامترهای متقن و تصادفی سیستم گسسته سازی می شوند. برای آنالیز ارتعاشات آزاد، مساله ی مقدار ویژه برای به دست آوردن مقدارهای ویژه ی مختلط و فرکانس های بحرانی، حل می شود. در نتیجه، با داشتن فرکانس های مختلط و نقطه های دیورژانس، پاسخ های آماری مساله تصادفی، همانند مقدار میانگین، انحراف استانده، تابع چگالی احتمال، و احتمال رخداد برای ناپایداری دیورژانس به دست می آید.

در پژوهش حاضر، ارتعاشات آزاد پوسته های مخروطی شکل چرخان با عملکرد درجه بندی شده بررسی می شود. تحلیل ارتعاشات، بر مبنای ضخامت پوسته و استفاده از نظریه های دو بعدی و سه بعدی پوسته ها صورت می پذیرد. معادلات حرکت با دو روش نیوتن- اویلر و استفاده از اصل هامیلتون حاصل می شود و با روش حل انتگرال گیری دیفرانسیلی به معادلات جبری خطی تبدیل می شود. فرکانس های طبیعی با نوشتن رابطه مقدار ویژه به دست می آیند. با ذکر چند مثال، تأثیر اندیس درجه بندی، سرعت دورانی، شتاب کریولیس، هندسه پوسته، و شرایط مرزی روی فرکانس طبیعی مورد بررسی قرار می گیرد. هم چنین سرعت بحرانی که پوسته به حالت ناپایدار می رسد، به دست می آید.

در این پایان نامه رفتار ارتعاشی پوسته استوانه ای مرکب تقویت شده با نانولوله های کربنی حامل سیال در محیط حرارتی که برروی یک بستر ویسکو پسترناک واقع شده است مورد بررسی قرار گرفته است. نانولوله های کربنی به عنوان تقویت کننده در راستای ضخامت پوسته، به دو صورت یکنواخت و هدفمند فرض شده اند. خواص مکانیکی پوسته در راستای ضخامت تغییر کرده و با استفاده از یک مدل میکرو مکانیکی تخمین زده شده اند. خواص مواد سازنده پوسته وابسته به دما فرض شده اند. سیال به صورت غیر چرخشی و غیر لزج فرض شده است. معادلات حاکم بر پوسته با استفاده از اصل همیلتون و براساس پوسته نازک و همچنین با در نظر گرفتن تاثیر بستر و جریان سیال استخراج شده اند.