در سالیان اخیر با توجه به گسترش دامنه ی کاربرد مواد هدفمند تحلیل سازه های هدفمند تحت شرایط مکانیکی مورد توجه پژوهش گران قرار گرفته است. در زمینه ی بهینه سازی مواد هدفمند تلاش های کم تری در مقایسه با تحلیل و حل مسایل مربوط به این مواد انجام شده است که اکثر پژوهش های انجام شده تحت شرایط ترمومکانیکال صورت گرفته است. علاوه بر این، عملکرد مواد با خاصیت تابعی نه تنها تابع خواص فازهای تشکیل دهنده و مقدار آن ها است بلکه وابسته به توانایی طراح در طراحی شکل بهینه ی تغییرات تدریجی (شکل تابعی) کسر حجمی فازهای ماده ی هدفمند می باشد. با توجه به مطالب گفته شده به نظر می رسد پژوهش های انجام شده در زمینه ی بهینه سازی مواد هدفمند کم بوده و گسترش دادن آن الزامی و مفید می باشد. در این پایان نامه تحلیل و بهینه سازی یک صفحه ی ساندویچی با هسته ی هدفمند تحت شرایط تکیه گاهی ساده مورد بررسی قرار می گیرد. تغییرات کسر حجمی فازهای ماده هدفمند با استفاده از تعریف تعداد محدودی نقاط کنترل و درون یابی مرتبه سوم بین نقاط کنترل مدل خواهد شد. این تغییرات در راستای ضخامت خواهد بود. تخمین خواص موثر ماده بر اساس قانون خطی مخلوط ها انجام خواهد شد. بررسی رفتار صفحه و محاسبه ی میدان تنش به وسیله ی تئوری مرتبه سوم رِدی برای مواد کامپوزیتی (tsdt) انجام خواهد شد. برای حل معادلات صفحه از روش حل دقیق ناویر (بسط سری مثلثاتی) استفاده خواهد شد. در ادامه با استفاده از الگـوریتم های تکاملی تک هدفه برای ورق هدفمند و چند هدفه برای پانل ساندویچی هدفمند، بهینه سازی پروفیل کسر حجمی فازها برای توابع هدف و قید های مختلف از قبیل جرم، جابجایی و میدان تنش انجام خواهد شـد. با استفاده از روش تابع جریمـه بدون پارامترِ ثابت، مساله ی مقیـد به مسـاله ی نا مقید تبدیل می شود.

مواد پیزوالکتریک یکی از پرکاربردترین ابزارها در صنعت هستند که به عنوان حسگر و عملگر در کنترل ارتعاش سازه¬ها به کار می¬روند. هندسه و مکان عملگر¬ها و حسگرهای پیزوالکتریک تاثیر بسیار زیادی بر انرژی مصرفی و عملکرد سیستم کنترلی دارد، بنابراین در این تحقیق با تعریف تابع هزینه مناسب به بهینه¬سازی طول و مکان عملگر پیزوالکتریک برای کاهش مطلوب ارتعاشات تیر یکسرگیردار با انرژی کنترلی مناسب پرداخته می¬شود. برای بهینه¬سازی از الگوریتم ژنتیک استفاده می¬گردد و تابع هزینه، تابع درجه دوم برحسب جابه¬جایی و انرژی کنترلی درنظر گرفته شده¬است. مدل¬سازی سیستم بر پایه تئوری تیر اویلر برنولی انجام گرفته و از اصل هامیلتون برای بدست آوردن معادلات حرکت استفاده شده¬است. در این روش، ولتاژ کنترلی لایه عملگر در معادلات شرایط مرزی سیستم ظاهر می¬شود که مسئله را تبدیل به مسئله مقدار ویژه با شرایط مرزی متغیر با زمان می¬کند. با تعریف توابع جابجایی خاص و همگن¬سازی شرایط مرزی، ولتاژ کنترلی عملگر به صورت نیروی تحریک خارجی در معادلات حرکت سیستم ظاهر می¬گردد. در این تحقیق کنترل¬کننده¬های بهینه رگلاتور خطی مرتبه دو و خطی مرتبه دو گاوسی در کنترل سیستم ارتعاشی مورد بررسی قرار¬گرفت و برای تخمین متغیر¬های حالت در روش خطی مرتبه دو گاوسی از تئوری فیلتر کالمن استفاده شد. در این تحقیق در کنار بررسی تاثیر ترک بر سیستم، روشی بر اساس فرکانس برای تعمیر ترک ارائه شده است که در آن با استفاده از وصله پیزوالکتریک رفتار تیر ترک¬دار به رفتار تیر سالم نزدیک می¬شود. در شبیه¬سازی عددی این تحقیق، با بهینه¬سازی طول و مکان یک وصله پیزوالکتریک در حالت طول محدود و نامحدود عملکرد این وصله¬ها در ارتعاش آزاد و اجباری مورد ارزیابی و مقایسه قرار¬گرفت و اثر نویز و ترک بر کنترل انجام شده نیز بررسی شده¬است. در بررسی ترک، تعمیر و کنترل همزمان تیر در ارتعاش آزاد و اجباری انجام گرفته¬است. در نهایت با بهینه¬سازی طول و مکان دو وصله پیزوالکتریک روی تیر به کنترل ارتعاش آن پرداخته شده و در کنار بررسی اثر نویز و ترک در این حالت، عملکرد آن با حالت قرارگیری یک وصله پیزوالکتریک روی تیر مورد مقایسه قرار¬گرفت.

امروزه ورق¬ها در بسیاری از زمینه¬ها¬ی علوم مهندسی نظیر عمران، مکانیک، هوافضا و دریا کاربرد دارند. مشابه با دیگر انواع سازه ها این سازه¬ها مستعد انواع نواقص و آسیب¬ها از قبیل ترک خوردگی ،فرسایش وتجزیه¬ی مواد در طول زمان هستند که سبب می گردد تا رفتار سازه در طول عمر بهره برداری دست خوش تغییر شود. از این رو مطالعه رفتار دینامیکی ورق¬های ترک دار و مدلسازی ترک در آنها مورد توجه بسیاری از محققین واقع شده است. تحقیقاتی که تاکنون در زمینه¬ی مطالعه¬ی رفتار ارتعاشات عرضی ورق¬های ترک دار انجام گرفته است عمدتا" مبتنی بر مدل¬های خطی بوده است واکنون چالشی در زمینه¬ی توسعه¬ی روش¬ها¬ی تحلیلی در آنالیز رفتار غیرخطی سازه¬های ترکدار مرتعش وجود دارد. هدف از تحقیق پیشنهادی، نشان دادن رفتار واقع بینانه¬تری از ارتعاشات ورق¬های ترکدار و تاثیر مشخصه¬های ترک در رفتار دینامیکی ورق میباشد. در تحقیق پیشنهادی تصمیم بر این است روش جدید و کاملتری جهت مطالعه و آنالیز تحلیلی ارتعاشات عرضی ورق های ترکدار، با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی آن ارائه شود. در این تحقیق یک روش تحلیلی برای تحلیل ارتعاشات عرضی ورق با ترک مورب و طول محدود بر اساس تئوری کلاسیک ورق¬ها ارائه خواهد شد. برای این منظور ابتدا باید معادله¬ی دینامیکی ورق تحت ارتعاش عرضی که دارای ترک سطحی زاویه¬دار نسبت به یکی از لبه¬های ورق است استخراج شود سپس این معادله (معادله دیفرانسیل غیرخطی حاکم بر مسأله) با استفاده از توابع قابل قبول به روش اغتشاشات حل خواهد شد و معادله فرکانسی سیستم که وابسته به دامنه بودن فرکانس ورق ترکدار مرتعش را بیان میکند به صورت تحلیلی بررسی خواهد شد در نهایت نتایج به دست آمده با نتایج موجود در ادبیات فن یا نتایج تجربی مقایسه خواهد شد.

امروزه طراحی دقیق سیستم های مهندسی به علت رقابت سازندگان، هزینه ی بالای مواد اولیه و نیز مسایل محیط زیست اهمیت بسیار زیادی پیدا کرده است. به همین دلیل نه تنها لزوم رعایت معیارهای طراحی مهندسی مکانیک بلکه بهینه بودن این سیستم ها ضروری به نظر می رسد. از این جهت بهینه سازی یکی از موضوعات مهم در علوم مهندسی و صنایع کاربردی می ‍ باشد و برای رقابت در عرصه طراحی و تولید، بهینه سازی در تمامی قطعات مکانیکی امری حیاتی است. از این رو می بایست در میان طرح های مهندسی به دنبال طرحی بهینه با هزینه کمتر و بازده بالاتر در عین سادگی مفهوم و ساخت آن بود. از آن جایی که سیستم های انتقال قدرت در صنایع خودرو و هوافضا وزن زیادی از خودرو را شامل می شوند، برای کاهش مصرف سوخت، افرایش شتاب، کاهش خطرات ناشی از تصادفات وهمچنین کاهش هزینه های تولید و کاهش مواد اولیه نیاز به کاهش حجم سیستم انتقال قدرت احساس می شود. در هر حال سیستم انتقال قدرت بهینه می باید قابلیت تحمل بارهای مکانیکی به خصوص از نظر شکست های ناشی از خستگی خمشی دندانه های چرخ دنده و خستگی های سطحی را داشته باشد. در این پایان نامه هدف اصلی، محاسبه ی معادلات لازم برای طراحی سیستم انتقال قدرت (گیربکس اصلی ) یک خودرو داخلی و بهینه سازی سیستم انتقال قدرت خودرو مذکور می باشد و سپس با استفاده از یکی از الگوریتم های تکاملی بهینه سازی برنامه ای تدوین خواهد شد تا به ازای افزایش عمر گیربکس حجم آن حداقل شود و یا حجم بهینه ی گیربکس، برای یک عمر خستگی مشخص محاسبه شود.

یکی از مهمترین عیوب موجود در سازه ها که باعث ایجاد شکست ناگهانی و خسارات جبران ناپذیر می شود، ترک می باشد که با تشخیص به هنگام آن می توان از خسارات و خطرات احتمالی موجود در سازه جلوگیری کرد. وجود عیب در سازه موجب می شود که رفتار دینامیکی سازه تغییر کرده و مقاومت مورد انتظار را در مقابل بارهای وارده از خود نشان ندهد و دچار شکست ناگهانی شود. تا به امروز تحقیقات زیادی در زمینه ترک و عیب یابی سازه های ترک دار صورت گرفته است. در پژوهشهای پیشین، ترک به صورت سفتی موضعی کاهش یافته مدل شده است. چنین مدل هایی به طور کامل پاسخگوی تغییر رفتار سازه در مقابل بارهای وارده نمی باشد. زیرا در هنگام ارتعاش سازه ترکدار، بخشی از انرژی در محل ترک تلف می شود. برای بررسی و در نظر گرفتن این اتلاف انرژی، لازم است علاوه بر کاهش سفتی موضعی، اثر میرایی موضعی در محل ترک نیز منظور گردد. در تحقیق حاضر ابتدا با در نظر گرفتن اتلاف انرژی سازه ای و کاهش سفتی و اتلاف انرژی در محل ترک، مدل کاملتری از تیر ترکدار ارائه و ارتعاشات آن مورد بررسی قرار خواهد گرفت. سپس با اعمال مدل جدید و با روش آنالیز ارتعاشی به عیب یابی سازه ترکدار پرداخته خواهد شد. در نهایت به منظور صحه گذاری بر مدل ارائه شده، نتایج حاصل از حل تحلیلی مسأله با نتایج تجربی مورد مقایسه قرار خواهد گرفت.

بدن انسان را در هنگام دویدن می¬توان یک سیستم ارتعاشی در نظر گرفت که تحت بارگذاری ضربه¬ای تکراری قرار دارد. این بارهای ضربه¬ای حاصل عکس¬العمل زمین به نیروی وارده از طرف کف پا در فاز فرود است. نشان داده شده است که قرار گرفتن عضلات و استخوان¬ها در معرض این بارگذاری تکراری می¬تواند در آسیب¬های وارده به دستگاه اسکلتی-عضلانی بدن موثر باشد. به طور معمول، سیستم عصبی مرکزی بدن انسان در کنترل این بارها و در کنترل ارتعاشات عضلات از طریق تنظیم مشخصات مکانیکی عضلات نقش مهمی را ایفا می¬کند. پدیده¬ای که تحت عنوان الگوی تنظیم عضلات نامگذاری شده است. اما فرض شده است که با افزایش میزان خستگی دوندگان، توانایی سیستم عصبی مرکزی در کنترل مشخصات مکانیکی عضلات کاهش پیدا می¬کند که می¬تواند منجر به افزایش خطر آسیب به بدن در دویدن طولانی مدت شود. از طرفی، نقش کفش ورزشی به عنوان یک بستر الاستیک در کاهش بارهای ضربه¬ای و ارتعاشات مضر، می¬تواند مهم باشد. در این پایان¬نامه در وهله اول، به مطالعه ارتعاشات عضلات پایین¬تنه در دویدن پرداخته شد. یک روش پیشنهادی بر مبنای peemd برای استخراج مدهای ارتعاشی و پارامترهای مربوط به میرایی این عضلات ارائه گردید. نشان داده شد که روش پیشنهادی، به خوبی قادر به یافتن مشخصه میرایی، نسبت میرایی و اتلاف انرژی حاصل از میرایی برای مدهای مختلف ارتعاشی بافت نرم عضلانی در وضعیت ارتعاشات اجباری ناشی از نیروی عکس¬العمل زمین در هنگام دویدن می¬باشد. نشان داده شد که مشخصه میرایی مدهای فرکانس-بالا، به مقدار قابل توجهی بیشتر از مدهای فرکانس-پایین هستند که می¬تواند نتیجه فعالیت عضلات باشد. همچنین نشان داده شد که اتلاف انرژی حاصل از میرایی برای مدهای فرکانس-پایین، بسیار بیشتر از مدهای فرکانس-بالاست. نتیجه دیگر این بود که نسبت میرایی تمام مدهای استخراج شده، کمتر از یک بوده و در نتیجه ارتعاشات سیستم عضلات در وضعیت زیرمیرا قرار دارد. در گام بعد، ارتعاشات بافت نرم عضلانی در حالت خستگی ناشی از دویدن طولانی مدت، بررسی شد. با استفاده از تبدیل موجک و از طریق محاسبه نزول توان موجک¬ها در زمان، مقدار میانگین میرایی بافت نرم عضلانی در هنگام دویدن برای دو حالت بدون خستگی، و خستگی، محاسبه و مقایسه شد. نتایج، حاکی از آن بود که میرایی بافت نرم عضلانی در اثر خستگی افزایش می¬یابد. همچنین با کاربرد تبدیل فوریه، نشان داده شد که دامنه مدهای مختلف ارتعاشی، در اثر خستگی افزایش می-یابد. علاوه بر این، نشان داده شد که فرکانس طبیعی بافت نرم عضلانی در اثر خستگی کاهش می¬یابد. نهایتا مشخص شد که اتلاف انرژی حاصل از میرایی در اثر خستگی کاهش می¬یابد که با افزایش دامنه ارتعاشی در توافق کامل است. در وهله دوم، نتایج به دست آمده از تست¬های تجربی، برای تکمیل مدل ارتعاشی دویدن به کار برده شد. یک الگوریتم دو مرحله¬ای برای شبیه¬سازی رفتار سیستم عصبی مرکزی در تنظیم بهینه عضلات در هنگام دویدن پیشنهاد شد. نشان داده شد که استفاده از الگوریتم پیشنهادی، به نتایج منطبق بر نتایج تجربی می¬انجامد. سپس با استفاده از الگوریتم پیشنهادی، به طراحی بهینه پارامترهای ارتعاشی کفش ورزشی در حالت بدون خستگی و خستگی شدید پرداخته شد. نشان داده شد که بر اساس بهترین کارکرد سیستم عصبی مرکزی، منطقه¬ای از پارامترهای کفش را می¬توان یافت که احتمالا خطر آسیب¬های ورزشی کمتر باشد. این منطقه، تحت عنوان منطقه امن، نامگذاری شد. علاوه بر این، مطالعه پارامتریکی نیز برای بررسی اثرات تغییر در توزیع جرم بدن و سرعت تماسی پا با زمین بر منطقه امن طراحی بررسی شد. نتایج نشان داد که این منطقه، شدیدا به نسبت جرم صلب به جرم غیرصلب پایین¬تنه و سرعت تماسی پایین¬تنه حساس می¬باشد. ملاحظاتی که می¬تواند در طراحی بهینه کفش ورزشی، بسیار مهم باشد. به طور کلی، نتایج این پایان¬نامه می¬تواند در طراحی سیستم¬های تشخیص وضعیت ورزشکاران، طراحی بهینه کفش ورزشی و تشخیص میزان آمادگی ورزشکاران مورد استفاده قرار گیرد.

راحتی سفر (ride comfort) در خودرو ها بستگی به احساس سرنشیان داخل وسیله نقلیه نسبت به ارتعاشات وارد شده بر خودرو دارد. ارتعاشات بدنه خودرو ناشی از عوامل گوناگونی مثل ناهمواری های سطح جاده، نیروهای آیرودینامیکی، ارتعاشات موتور و نابالانسی چرخ ها می تواند باشد[1].عموما ناهمواری های سطح جاده منبع اصلی ارتعاشات ایجاد شده بر روی وسیله نقلیه بوده و ضربه های اتفاقی ناشی از ناهمواری های جاده، خودرو را در معرض شتاب های قائمی قرار می د هد که سبب ناراحتی و خستگی سرنشینان می شود. با محدود سازی این شتاب ها می توان راحتی سفر خودرو را بهبود داد .[2]سیستم تعلیق به عنوان رابط بین بدنه اصلی خودرو و چرخ ها عامل کاهش ارتعاشات وارد بر وسیله نقلیه می باشد. می دانیم پارامترهای سیستم تعلیق مثل سفتی فنر و ضریب دمپرهای ویسکوز که ساختار اصلی سیستم تعلیق را تشکیل می دهند، می توان با مینیمم کردن ریشه متوسط مجذور شتاب ((rmsar برای انواع فرکانس ها که در استاندارد iso 2631 مشخص است به منظور کاهش ارتعاشات تعیین شود.[3] کنترل دینامیکی خودرو (handling) به معنای هماهنگی یک خودرو با داده های راننده یا راحتی کنترل آن می باشد. کنترل یک خودرو در هنگام پیچ ها و عدم واژگونی آن به عوامل متعددی از جمله هندسه ی اتومبیل، ارتفاع مرکز جرم و سیستم تعلیق آن وابسته است. عدم طراحی درست عوامل ذکر شده برای فرمان دهی هایی با زاویه ی بالا یا در هنگام پیچ های تند باعث افزایش حرکت رول و نزدیک شدن به آستانه واژگونی در مانور های نه چندان بحرانی دارد.[4] در بسیاری از تحقیقات انجام شده در ارتباط با سیستم تعلیق خودرو، راحتی سفر را به عنوان موضوع اصلی طراحی در نظر گرفته اند، ولی مدنظر قرار دادن تنها این موضوع سبب ایجاد مشکلاتی در کنترل دینامیکی خودرو و حتی واژگونی آن در حالت دور زدن در پیچ های نه چندان تند می گردد. هدف از این تحقیق، مرحله اول تهیه مدل ارتعاشی کامل خودرو و کدنویسی این معادلات می باشد. در مرحله ی بعد به فرمول بندی مسأله برای اهداف راحتی سفر و جلوگیری از چپ شدن در هنگام پیچ های تند پرداخته و در نهایت با استفاده از الگوریتم های فرااکتشافی به بهینه سازی پارامتر های سیستم تعلیق در دو حوزه ی مذکور می پردازیم. مراجع. [1] hongbiao yu, nan yu, application of genetic algorithms to vehicle suspension design, mechanical engineering dep. the pennsylvania state university, university park, pa 168 [2] m. mirzaei, r. hassannejad, application of genetic algorithms to optimum design of elasto-damping elements of a half-car model under random road excitation, j. multi-body dynamics , vol.221, part k, 2007 [3] tamboli, j. a. and joshi, s. g. optimum design of passive suspension system of vehicle subjected to actual random road excitation. j. sound viber., 1999, 219(2), 193-205 [4] s. takano, m. nagai, t. taniguchi, t. hatano, study on vehicle dynamics model for improving roll stability, jsae review 24 (2003) 149-156

امروزه مشکل مصرف سوخت وسایل نقلیه در دستور کار طراحان دستگاه های انتقال قدرت قرار دارد. به همین دلیل روش های متفاوتی برای حل آن پیشنهاد شده و در این زمینه ها تحقیقات وسیعی انجام می گیرد. از جمله این راه حل ها، استفاده از دستگاه های انتقال قدرت پیوسته (cvt ها) می باشد که انتظار می رود در آینده طرح غالب در اکثر خودروها باشد. مزیت عمده این دستگاه ها مصرف بهینه سوخت و راحتی کاربری آن هاست ولی معایبی نیز دارند از جمله محدودیت ظرفیت گشتاور انتقالی، اتلاف انرژی در خود سیستم به علت اصطکاک داخلی و لغزش، همچنین قیمت بالای تمام شده. از این رو بررسی عملکرد این دستگاه ها در پروژه های تحقیقاتی اخیر اهمیت بالایی دارد تا اثر عیوب مذکور کاهش یابند. سیستم (van doorne’s) با یک تسمه از جمله مناسب ترین طرح ها در خودروهای شخصی می باشد که بزرگ ترین محدودیت آن همان ظرفیت انتقال گشتاور پایین آن است. در این پایان نامه، سیستم کامل تر دو تسمه ای مورد بررسی قرار گرفته است که در آن، این عیب تا حدودی مرتفع شده است. به همین منظور، یک مدل ریاضی برای بررسی اتلاف انرژی اصطکاکی و لغزشی این سیستم تدوین شده و نتایج آن با نتایج تجربی موجود در ادبیات فن برای یک گیربکس نمونه مقایسه شده است. این مقایسه نشان می دهد که مدل مذکور عملکرد خوبی دارد. همچنین از روش بهینه سازی گروه ذرات نیز استفاده شده است تا پارامترهای هندسی مکانیکی سیستم طوری تعیین شود که بازده مطلوب تر فراهم شود. نشان داده شده است که با این روش می توان بازده سیستم را تا 23 درصد افزایش داد و در عین حال مشخص شده است که نیروی کششی اولیه تسمه بیشترین تأثیر را در این زمینه دارد.

این پروژه قصد دارد که با تامین هوای ابزاردقیق مورد نیاز برای آب بندی، خنک کاری و پاور شیرهای کنترلی توربوکمپرسورهای گاز از خود این دستگاهها(خود تغذیگی)، که قبلا" توسط دستگاههای هواساز جانبی تامین می گشت، وابستگی کارکرد توربوکمپرسورهای گاز به کمپرسورهای هواساز را رفع نموده و با اینکار بخشی از توقفهای ناخواسته توربینها که دغدغه مزمن در صنعت گاز بوده را حذف نماید و همچنین با خارج کردن کمپرسورهای هواساز از دائم کار بودن، موجب صرفه جوئی قابل توجهی در مصرف قطعات یدکی و هزینه های سرویس و نگهداری و مصرف انرژی برق گردد.

این پروژه روشی جدید را برای اندازه گیری ممان وزنی پره توربین ارائه مینماید که با روشهای موجود متفاوت است.با ساخت دستگاه اندازه گیری ممان وزنی پره توربین مورد نظر، روش پیشنهادی درقالب طرح فیزیکی ملموس ارائه میگردد والبته در اشل آزمایشگاهی بوده و برای رسیدن به اشل صنعتی مراحلی را باید طی نماید.