ردیابی ترک در مراحل اوّلیه ایجاد آن، به منظور تعمیر و نگهداری سازه و در مواردی حفظ جان آدمی از اهمیت فراوانی ‏برخوردار است. در طول سه دهه گذشته تلاشهای فراوانی به منظور گسترش و بهبود روشهای ردیابی غیر مخرب انجام شده است. ‏این تلاشها از آن جهت ارزشمند می باشد که بدانیم سالیانه مبالغ زیادی صرف تعمیر و نگهداری سازه هایی مانند پلهای بزرگراهها و ‏یا تجهیزات دوار موجود در پالایشگاهها و نیروگاهها می شود. ‏ در قسمت اول این پایان نامه، به مطالعه روش ردیابی ترک، بر مبنای تغییرات فرکانس ارتعاشی سازه پرداخته شده است. ‏ترک به کمک مدل فنر چرخشی مدلسازی شده و به کمک روش ماتریس انتقال، معادله مشخصه ارتعاشی تیر ترکدار با شرایط ‏مرزی متفاوت بدست آمده است. سپس معادلاتی که تغییرات فرکانس طبیعی تیر را به پارامتر نشان دهنده ترک مربوط می سازد، ‏بدست آمده است. این دستگاه معادلات به روشی دقیق تر از سایر مراجع حل گردیده و نتایج ردیابی ترک بهبود یافته است. به ‏کمک چند مثال، دقت روش پیشنهادی برای ردیابی موقعیت و اندازه ترک با سایر مراجع مقایسه گردیده است. همچنین بر خلاف ‏مراجع دیگر که برای ردیابی چند ترک همزمان اثر هر ترک را به صورت جداگانه در نظر گرفته و از معادله مشخصه تیر حاوی یک ‏ترک به ردیابی ترکها پرداخته اند، در پژوهش حاضر از معادله مشخصه تیر حاوی دو ترک برای ردیابی دو ترک همزمان استفاده ‏شده و در نتیجه نتایج ردیابی عمق و موقعیت ترکها بهبود یافته است.‏ در قسمت دوم پایان نامه به کمک روش بروزرسانی مدل المان محدود به ردیابی ترک پرداخته شده است. برای مدلسازی تیر ‏ترکدار از مدل کاهش ممان اینرسی تیر در اطراف ترک استفاده شده است. در این بخش نشان داده میشود که بدون استفاده از ‏روش بروز رسانی مدل المان محدود و تنها با رسم رویه سه بعدی جذر میانگین مربعی ‏ درصد خطای فرکانسها برحسب موقعیت و ‏عمق ترک و یافتن مینیمم این رویه نیز میتوان به ردیابی ترک پرداخت. همچنین نشان داده میشود که مدل ارائه شده برای ‏شرایط مرزی تیر یکسرگیردار چندان دقیق نیست، در نتیجه موقعیت و عمق ترک را نمیتوان در این حالت به کمک این دو روش ‏با دقت مناسبی پیش بینی نمود.‏ دربخش پایانی به مدلسازی تیر ترکدار در نرم افزارansys‏ به کمک مدل فنر چرخشی و مدل کاهش سفتی خمشی ‏پرداخته شده است. برای مدلسازی تیر از المانهای مختلفی مانند المان ‏beam2d، المان ‏plane82‎‏ و همچنین المان سه ‏بعدیsolid95‎‏ استفاده شده است. نتایج حاصل از مدلسازیها به خوبی بر نتایج تجربی که در سایر مراجع به آنها اشاره شده است، ‏منطبق می باشد. همچنین مزایا و معایب دو روش ردیابی ترک، که در بخشهای پیشین به آنها اشاره گردید، با ذکر چند مثال بیان ‏گردیده است.‏

امروزه در تمام دنیا خودروسازان جهت کاستن عیوب خودرو تلاش می کنند. دسترسی به کیفیتی مطلوب جهت آسایش سرنشینان و جذب مشتری بسیار مهم است. در این زمینه یکی از دغدغه های اصلی از بین بردن انواع نویز در خودرو می باشد. صداهای زیادی در سیستم انتقال قدرت اتومبیل پدیدار می گردد. در بسیاری از سیستم-های انتقال قدرت دستی پدیده gear rattle بوجود می آید. برخورد دندانه چرخ دنده ها با یکدیگر باعث بوجود آمدن ارتعاشات غیر خطی در گیربکس می گردد. تکرار این برخوردها موجب ایجاد ارتعاشات غیر خطی شده و سرانجام نیروهای دینامیکی قابل ملاحظه ای پدیدار می گردد. در این پژوهش ابتدا پدیده gear rattle را که ناشی از لقی بین دندانه هاست بررسی کرده سپس مدلی مناسب برای آن تهیه می کنیم، رفتار دینامیکی سیستم را آنالیز کرده و در نهایت با استفاده از نمودار bifurcation حالت-های آشوبی سیستم تحلیل خواهد شد همچنین راهکارهای مناسبی جهت کاهش ارتعاشات ارائه می شود.

از زمان کشف نانولوله های کربنی در سال 1991 تاکنون تحقیقات بسیاری در مورد نانولوله های کربنی انجام شده است. نانولوله های کربنی به دلیل خواص مکانیکی، الکتریکی، الکترومکانیکی و حرارتی استثنایی خود کاربرد وسیعی در سیستم ها و دستگاه های نانوسیالی به عنوان مخازن سیال، سنسورها و تحریک کننده ها، دستگاه های تزریق دارو، دستگاه های تصفیه ی سیال، نانوپیپت ها و غیره دارند. پیشگیری از وقوع هر گونه ارتعاشات و ناپایداری نانولوله های کربنی ناشی از جریان سیال، یک نیاز کلیدی برای عملکرد موفق آنها در سیستم ها و دستگاه های نانوسیالی است. بنابراین، مطالعه ی ارتعاشات آزاد نانولوله های کربنی حامل سیال از اهمیت بسیاری برخوردار است. دو دسته ی عمده برای شبیه سازی نانولوله های کربنی مرتعش وجود دارد: شبیه سازی دینامیک مولکولی و مکانیک پیوسته. باید توجه کرد که شبیه سازی دینامیک مولکولی بسیار پر هزینه، پیچیده و زمانبر است. اخیرا تئوری های پیوسته ی متعددی به طور گسترده برای مطالعه ی نانولوله های کربنی به کار رفته است. تئوری پیوسته ی کلاسیک برای مطالعه ی نانولوله های کربنی مناسب نیست و لذا استفاده از تئوری های پیوسته ی مرتبه ی بالاتر شامل پارامتر مقیاس طولی داخلی که بیانگر اثر اندازه ی وابسته به مقیاس نانو است، اجتناب ناپذیر است. این تئوری ها به دو دسته تئوری های غیر محلی انتگرالی مانند تئوری غیر محلی جزئی و تئوری غیر محلی دقیق، و تئوری های غیر محلی گرادیانی مانند تئوری تنش کوپل اصلاح شده و تئوری گرادیان کرنش تقسیم بندی می شوند. در این پایان نامه، ارتعاشات آزاد و پایداری نانولوله های کربنی حامل سیال با استفاده از تئوری های پیوسته ی ذکر شده در بالا بر اساس مدل های تیر اولر-برنولی و تیر تیموشنکو با در نظر گرفتن اثر نسبت پواسون مطالعه می شود. بعلاوه، تاثیر پارامترهای مختلف مانند اثر اندازه در جریان نانوسیال، لایه های سطحی، بستر ویسکوالاستیک اطراف نانولوله، میرایی ساختاری نانولوله های کربنی، تغییر دما، سرعت و ویسکوزیته ی سیال داخلی، اینرسی دورانی و تغییر شکل برشی و شرایط مرزی مختلف بر روی مشخصات ارتعاشی و پایداری نانولوله های کربنی حامل سیال بررسی می شود. نشان داده می شود که در نظر گرفتن پارامتر مقیاس طولی ماده در تئوری های پیوسته ی مرتبه ی بالاتر، به جز تئوری غیر محلی جزئی، منجر به افزایش فرکانس های اصلی و پایداری نانولوله های کربنی حامل سیال در مقایسه با تئوری پیوسته ی کلاسیک می شود. همچنین، اثر نسبت پواسون بر روی سرعت جریان بحرانی سیال بر اساس تئوری های غیر محلی گرادیانی پدیده ی نقطه ی اکسترمم حداقل را نشان می دهد که با نتایج پیش بینی شده توسط تئوری کلاسیک و تئوری های غیر محلی انتگرالی کاملا متفاوت است.

نانولوله های کربنی حامل جریان سیال، بدلیل خواص منحصر بفرد مکانیکی، الکتریکی، و شیمیایی ؛ با شکل کاملا استوانه ای و سازگار با بافت های زنده؛ کاربرد های وسیعی در حوزه های مختلف نانو فن آوری پیدا نموده اند. استفاده از آنها به عنوان واحد های نانومقیاس انتقال دهنده سیال و همچنین کاربرد آنها در دارورسانی هدفمند به ناحیه سلولی مشخص در بافت موجودات زنده، باعث گردیده است تا محققان زیادی از حوزه های مختلف علوم در پیشبرد تحقیقات مرتبط به تحقیق مشغول گردند. نانولوله های کربنی عضو اصلی بیشتر ابزار انتقال دهنده و جابجا کننده ماده در مقیاس نانو در آینده شناخته می-شوند. ارتعاشات خطی نانولوله های کربنی ناشی از عبور جریان سیال در تحقیقات فراوانی مورد توجه قرار گرفته است. در حالیکه در این تحقیق رفتار غیرخطی نانولوله حامل جریان سیال بررسی و شبیه سازی گردیده است. مدل غیرخطی ارائه شده بکمک تئوری غیرموضعی و تئوری لغزش مرزی جریان سیال، اثر مقیاس نانو را در معادلات حاکم بر ارتعاش نانولوله اعمال نمودهاست. جابجاییهای بزرگ، ، نقص هندسی نانولوله (انحراف هندسی نانولوله ، ونقص ساختاری آن عواملی هستند که تاثیر آنها بطور مجزا روی رفتار ارتعاشی سیستم دیده شده است. در هر مرحله و برای بررسی هر عامل، مدل ریاضی سیستم ارائه گردیده و پاسخ سیستم بصورت تحلیلی تقریبی بدست آمده است. سپس بکمک پاسخ تحلیلی تقریبی، رفتار سیستم در برابر تغییر هریک از پارامتر های موثر، مانند جریان سیال، دامنه ارتعاش، بستر پیرامون نانولوله، و اثر مقیاس نانو تشریح گردیده است. رفتار دینامیکی نانولوله حامل جریان سیال، بررسی نقاط تکین، تعادل دینامیکی، انواع پایداری و پدیده دوشاخگی، مفاهیم دیگری هستند که بطورکامل مورد توجه قرار گرفته اند و عوامل موثر روی هریک توصیف گردیده است.

ارتعاشات خود واداشته ناشی از اصطکاک برای مدل متداول جرم روی تسمه ی در حال حرکت و بدون تحریک خارجی در نظر گرفته شده است. پایداری حرکت جرم روی تسمه و تعیین دامنه سرعت و جابجایی از ارتعاشات را میتوان با استفاده از مدل های مختلف نیروی اصطکاک و از طریق میانگین ویژگی های اصطکاک پیش بینی کرد. در این پایان نامه، دو تابع چند جمله ای و نمایی اصطکاک بررسی شده اند. هر دوی این توابع, توابع تعریف کننده ی رفتار اصطکاک هستند که بیان میکنند با افزایش سرعت نسبی جرم و تسمه نیروی اصطکاک ابتدا کاهش و سپس افزایش میابد. ابتدا پایداری حرکت با رویکرد کیفی معیار لیاپانوف ، تحلیل شده است سپس با استفاده از دو روش معروف لیندتد اشتین- پوانکاره و میانگین گیری برای معادلات غیرخطی حاکم بر ارتعاشات خود واداشته سیستم، دامنه های جابجایی و سرعت بصورت تحلیلی تقریب زده شده اند. سپس مقادیر مربوط به دامنه جابجایی و سرعت با تحلیل پارامتری برای مقادیر مختلف سرعت تسمه ترسیم شده اند و همچنین تغییرات این دامنه ها در برابر تغییرات ضریب میرایی و همچنین تغییر مشخصات اصطکاک روی نموداربررسی شده اند. در نهایت مقادیر تقریبی دامنه ها با مقادیر عددی مربوطه در شرایط یکسان اعتبارسنجی شده اند که اختلاف آنها کمتر از 6% برآورد شده است.

امروزه ساخت و بهره برداری از ساختمانهای بلند در سراسر دنیا جهت مقاصد مختلف بسرعت رو به گسترش است. یکی از پرکاربردترین روشها برای کاهش لرزش سازه های بلند در برابر زلزله استفاده از میراکننده های جرمی تنظیم شده (tmd) می باشد. هدف از اجرای این پروژه، دستیابی به رابطه ای جهت بهینه سازی پارامترهای میراگر جرمی تنظیم شده برای کاهش ارتعاشات سازه های بلند در برابر زلزله با درنظر گرفتن اندرکنش خاک و سازه است. ابتدا مدلسازی دو ساختمان بلند 40 و 20 طبقه با فرض سازه متقارن و بصورت دوبعدی انجام می شود. سه نوع خاک در این تحلیل مورد بررسی قرار می گیرد: خاک نرم، خاک با سختی متوسط (خاک متوسط) و خاک سخت. حالت چهارم سیستم با پایه ثابت است. نسبت جرمی، نسبت میرایی و نسبت فرکانسی یا جرم، سختی و میرایی tmd پارامترهای طراحی بشمار میروند. بهینه سازی برای سه تابع هدف انجام می شود: کاهش جابجایی ماکزیمم سازه، کاهش شتاب ماکزیمم سازه و کاهش ترکیب جابجایی و شتاب سازه بطور همزمان. بکمک دو الگوریتم هوشمند، یعنی کلونی مورچه ها (aco) و کلونی زنبورها (abc) پارامترهای بهینه tmd برای 18 زلزله از حوزه دور بدست می آید. تحلیل تاریخچه زمانی بکمک روش نیومارک برای دو سازه و این زلزله ها انجام می گردد. سپس برای هر تابع هدف روابط مناسب برای نسبت جرمی، نسبت میرایی و نسبت فرکانسی tmd پیشنهاد شده و ضرایب آنها بکمک روشهای برازش منحنی بدست می آید. سپس برای هر تابع هدف روابط بدست آمده جهت طراحی tmd برای سه سازه 40، 20 و 15طبقه و برای چهار حالت مختلف خاک بکار گرفته شده و نتایج بدست آمده با سایر روابط مذکور در مراجع دیگر مقایسه می گردد. علاوه بر استفاده از 18 زلزله پیشین، از 13 زلزله جدید نیز جهت آزمون روابط پیشنهادی استفاده و نتایج بدست آمده با سایر روابط مذکور در مراجع دیگر مقایسه شده است. نتایج بدست آمده نشان میدهد که کارایی tmd برای کاهش جابجایی ماکزیمم در اغلب موارد بیشتر از کاهش شتاب ماکزیمم است. بررسی روابط بدست آمده برای کاهش جابجایی ماکزیمم یا کاهش همزمان جابجایی و شتاب نشان می دهد که tmd پیشنهادی در بیشتر از 90% موارد زلزله ها بخوبی موجب کاهش جابجایی ماکزیمم سازه و جابجایی نسبی طبقات می گردد. همچنین بررسی روابط بدست آمده برای کاهش شتاب ماکزیمم کاهش قابل توجهی را در بیش از 90% موارد زلزله ها در شتاب ماکزیمم سازه نشان میدهد. همچنین مقایسه نتایج با مراجع دیگر نشان میدهد که روابط پیشنهادی در بیش از 70% موارد زلزله ها بهتر یا مساوی روابط دیگر در کاهش تابع هدف عمل می کند. مقایسه سازه با و بدون اثرات خاک نشان میدهد که نادیده گرفتن اثرات خاک می تواند موجب خطای زیادی (در اغلب موارد برآورد بیشتر) در محاسبه فرکانسهای طبیعی سازه، فرکانس تنظیمی tmd و درنتیجه پاسخ سازه به بارهای زلزله گردد. این بررسی برای محققان در درک و طراحی بهتر میراگرهای جرمی برای ارتعاشات زلزله می تواند بخوبی راهگشا می باشد.

اهمیت و کاربرد وسیع چرخ دنده ها به عنوان یکی از اجزا مهم در ماشین آلات دوار صنعتی و سیستم های انتقال قدرت، سبب شده تا تحقیقات گسترده ای به مطالعه و بررسی دینامیک غیرخطی چرخ دنده ها اختصاص یابند. با پیشرفت دینامیک غیرخطی، تحلیل و کنترل مشخصه ها و رفتارهای غیرخطی سیستم، از موضاعات مورد توجه در تحقیق قرار گرفته اند. پیش بینی و ارزیابی تحلیلی از مشخصه های غیرخطی سیستم، موضوع اصلی مورد بحث در این پژوهش، می باشد. به این منظور، وقوع انشعابات هموکلنیک و گذار به آشوب در سیستم چرخ دنده، بررسی شده اند. کنترل و حذف انشعابات هموکلنیک و آشوب، موضوع دیگر مورد مطالعه می باشد. در ادامه ی تحلیل رفتارهای غیرخطی، پاسخ فرکانسی سیستم در نزدیکی رزونانس های اصلی، رزونانس های ساب هارمونیک و سوپرهارمونیک بررسی و تأثیر پارامترهای مختلف سیستم، مورد توجه قرار گرفته اند. به منظور کاهش و به حداقل رساندن اثرات نامطلوب اغتشاشات بر ارتعاش سیستم چرخ دنده، یک سیستم کنترل فعال چرخ دنده-یاتاقان مدل سازی و عملکرد آن مورد ارزیابی قرار گرفته است.