اصولاً هر نوع ناپیوستگی اعم از هندسی و مادی حلهای تحلیلی را مشکل و بعضاً غیرممکن می سازد. اگر چه ناپیوستگی هندسی در مواد همگن و غیرهمگن بر حسب نیاز ایجاد می شود و لی ناپیوستگی مادی در مواد غیر همگن و کامپوزیت ها به صورت ذاتی می باشد. لذا همواره د رتحلیل مواد کامپوزیت بایستی اثر ناپیوستگی مادی د رنظر گرفته شود و تحلیل هایی که ناپیوستگی های مادی را بالاخص در نزدیکی لبه های آزاد و اطراف ناپیوستگی های هندسی در نظر نمی گیرند دقیق نیست و فاقد کارآیی لازم می باشند. در این میان تحلیل مواد مرکب هوشمند که نوعی ماده کامپوزیت با لایه های فعال می باشند از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این اهمیت بدان جهت است که لایه فعال سبب بوجود آمدن کوپلینگ الکترومکانیکی شده و بر پیچیدگی تحلیل می افزاید و نیز انتظار می رود که سبب تشدید اثر ناپیوستگی مادی در بین لایه ها و بالاخص در لبه آزاد گردد و در نتیجه منجر به جدایش لایه ها از یکدیگر و از کارافتاده گی آن شود. با توجه به پیچیده گی تحلیل ، تاکنون بررسی اثر کوپلینگ الکترومکانیکی بر روی تنش های خارج از صفحه در لایه مرزی چندلایه پیزوالکتریک فقط با استفاده از روش های عددی انجام گرفته است. در این تحقیق برای اولین بار یک حل تحلیلی برای بدست آوردن میدان تنش سه بعدی و بررسی اثر کوپلینگ الکترومکانیکی بر روی تنشهای بین لایه ای در لبه آزاد ورق چند لایه پیزوالکتریک ارائه گردیده است. به همین منظور با استفاده از یک روش تغییراتی و با به کارگیری تئوری تغییر شکل برشی مرتبه دوم، مرتبه چهارم، تئوری لایه ای و تئوری الاستیسیته به تحقیق در مورد اثر لبه آزاد در یک ورق چند لایه پیزوالکتریک متقارن، زاویه دار، متعامد، طول نامحدود، طول محدود، تحت بارگذاری های مکانیکی و الکتریکی پرداخته شده است.

در این پایان نامه پاسخ دینامیکی ورقهای لایه ای مرکب تحت اثر ضربه با سرعت کم با استفاده از نرم افزار abaqus بررسی شده و نتایج حاصل با تئوریهای مختلف مقایسه گردیده است. در ابتدا چندین مساله استاتیکی توسط نرم افزار مدل و نتایج حاصله با حل دقیق همان مساله مقایسه و دقت نرم افزار و مدل تولیدی نشان داده شده است. در مرحله بعد پاسخ دینامیکی ورقهای مرکب بدون ناپیوستگی در هندسه بدست آمده است تا همانطوری که کارآیی این نرم افزار در مدل کردن مسائل استاتیکی اثبات گردید در مورد مسائل دینامیکی هم بررسی شود. در زمینه مسائل دینامیکی ابتدا رفتار ورقهای مرکب تحت بار ضربه ای عرضی در نظر گرفته شد و دقت مدل ایجاد شده با حلهای موجود مورد مقایسه قرار گرفت. مشاهده شد که نرم افزار abaqus اینگونه مسائل را در حداقل زمان با دقت خوبی حل می کند. در مرحله بعد حل دینامیکی چند لایه های مرکب تحت ضربه با سرعت کم مورد تحقیق قرار گرفت. با استفاده از نرم افزار ls-dyna یک کد ماکرو تولید شد که قابلیت تغییر مسأله را به صورت کلی دارد و در صورت وجود ناپیوستگی در هندسه می توان آنرا در فایل ورودی تعریف کرد؛ با توجه به اینکه نتایج حاصل از این نرم افزار در مقایسه با حلهای مشابه چندان رضایت بخش نبود، مسأله مشابه بوسیله نرم افزار قدرتمند abaqus مدل گردید. به این ترتیب ورقهای دارای سوراخ بوسیله این نرم افزار مورد بررسی قرار گرفت که در این صفحات جهت الیاف هر لایه، نحوه چیدمان لایه ها و همچنین شرایط مرزی می تواند به صورت دلخواه در نظر گرفته شود. همچنین در این حل، تماس بین گلوله با ورق به صورت کلی مدل گردید. بطوریکه مدل ایجاد شده قابلیت محاسبه نیروهای تماسی، تغییر مکان گلوله و ورق و تنشها را دارا است. در نهایت جوابهای حاصل با نتایج موجود مورد مقایسه گرفت و قابلیت مدل تأیید گردید.

هدف از ارائه این پایان نامه، معرفی یک روبات موازی کروی جدید و بررسی تعدادی از ویژگی های آن است. مقایسه این ویژگی ها با سایر روبات های موازی می تواند منجر به انتخاب روبات مورد نظر در کاربرد ویژه خود شود. همچنین از اهداف این پایان نامه می توان به ارائه روش ها و ایده های جدید و نو در تحلیل سینماتیک، تحلیل سفتی و دینامیک اشاره کرد که می توانند برای سایر روبات های موازی کروی و غیر کروی امکان استفاده داشته باشد. فضای کاری زیاد (حرکت مجری نهایی روی تمام سطح مثلث کروی ثابت)، دقت سینماتیکی بالا در مقایسه با سایر روبات های موازی و عدم وجود نقاط تکین در فضای کاری اش از ویژگی های ممتاز این روبات جدید به شمار می رود. برای تحلیل سینماتیک این روبات روشی جدید ارائه می شود که می توان آن را برای سایر روبات های کروی مشابه نیز به کار برد. در این روش با استفاده از فرمول ردریگز و یا نمایش محور-زاویه مساله سینماتیک مستقیم و معکوس روبات کروی جدید معرفی شده حل می شود. حل مساله سینماتیک مستقیم به یک معادله درجه 8 منجر می شود که با بیان مثالی نشان داده می شود که معادله به دست آمده، یک معادله بهینه است. همچنین با استفاده از روش ارائه شده، مساله سینماتیک مستقیم یک روبات موازی کروی دیگر حل می شود تا قدرت روش پیشنهادی آشکار شود. همچنین با استفاده از حل مساله سینماتیک معکوس روبات پیشنهادی، فضای کاری آن به دست آورده می شود و نشان داده می شود که این روبات از فضای کاری زیادی برخوردار است. تحلیل سرعت روبات پیشنهادی به صورت پارامتری انجام می شود و با استفاده از آن به تحلیل تکینگی روبات پیشنهادی پرداخته می شود و نشان داده می شود که برای طرح ایزوتروپ این روبات هیچ حالت تکینی در فضای کاری اش اتفاق نمی افتد. همچنین طراحی ایزوتروپی این روبات صورت می گیرد و شاخص های اندازه گیری دقت سینماتیکی روبات برای طرح ایزوتروپ مورد مطالعه قرار می گیرد و با مقایسه مقادیر به دست آمده برای این شاخص ها و مقایسه آن با سایر روبات ها، نشان داده می شود که این روبات از دقت سینماتیکی بالایی برخوردار است. همچنین تحلیل سفتی روبات پیشنهادی و به دست آوردن ماتریس های سفتی روبات با استفاده از مدل پیوسته و به دست آوردن سفتی روبات در فضای کاری اش با معرفی شاخص های اندازه گیری سفتی انجام می گیرد. برای اعتبار سنجی روش محاسبه سفتی روبات، نتایج این روش با نتایج روش اجزای محدود مقایسه می شود. در پایان نیز به تحلیل دینامیک معکوس روبات پیشنهادی با استفاده از روش کار مجازی پرداخته می شود. نتایج این روش نیز با نتایج نرم افزارهای تجاری شبیه سازی دینامیکی مقایسه می شود تا اعتبار سنجی لازم صورت گرفته باشد.

مولکول dna نوعی اسید نوکلئیک می باشد که دارای دستورالعمل های ژنتیکی است و از این دستور العمل ها برای کار کرد و توسعه بیولوژیکی موجودات زنده استفاده می کند. نقش اصلی مولکول dna ذخیره سازی طولانی مدت اطلاعات ژنتیکی می باشد. خواص مکانیکی dna نقش به سزایی در کیفیت فرایند های بیولوژیکی مربوط به این مولکول ایفا می کند. امروزه دامنه کاربرد dna منحصر به سلول های زنده نمی شود بلکه در نانوبیوروبوتیک و نانوماشین ها نیز می توان رد پای این مولکول را پیدا کرد که در تمام موارد فوق، دانستن خواص مکانیکی مولکول اجتناب ناپذیر می باشد. در این پژوهش با استفاده از روش اجزاء محدود به بررسی رفتار مولکول dna تحت بار کششی پرداخته شده است. هندسه مولکول یک پیچه دو تایی به طول های10 bp و 140 bp در نظر گرفته شده است. در ادامه فرایند dielectrophoresis شبیه سازی شده است که در آن dna تحت تاثیر یک میدان ولتاژ غیر یکنواخت کشیده می شود. مدل اجزاء محدود dna با استفاده از المان های تیر حقیقی و مجازی ساخته شده و بار گسترده ای به سرتاسر طول dna اعمال شده است. فرایند حل مساله در محیط نرم افزار lsdyna انجام پذیرفته است و تطابق خوبی میان نتایج شبیه سازی فرایند dielectrophoresis و داده های آزمایشگاهی حاصل شده است. در انتها یکی از هیبرید های گروه dna - scnt مدل سازی شده و رفتار مکانیکی آن تحت کشش ساده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.

در این پایان نامه به تحلیل دینامیکی استوانه های تو خالی جدارضخیم ساخته شده از مواد fg با طول بلند وکوتاه تحت بارگذاریهای مختلف حرارتی-مکانیکی بصورت تقارن محوری پرداخته شده است. الگوهای مختلف تغییر خواص حرارتی- مکانیکی در راستای ضخامت استوانه fg با استفاده از مدل تابع توانی غیر خطی (با نسبتهای حجمی مختلف بین سرامیک و فلز) شبیه سازی شده و خواص مکانیکی و حرارتی به شکل تابع مذکور در معادلات دینامیکی حاکم جایگذاری شده اند. بادر نظر گرفتن شرایط کرنش صفحه ای و تقارن محوری برای مسأله و تابع توزیع فوق الذکر برای خواص مکانیکی و حرارتی، معادلات دینامیکی و شرایط مرزی حاکم بدست آمده و با استفاده از تبدیل لاپلاس به فضای لاپلاس انتقال داده شده اند. معادلات دینامیکی و شرایط مرزی حاکم بر مسأله با استفاده از سریهای توانی و بصورت تحلیلی در فضای لاپلاس حل شده اند. برای بررسی پاسخ دینامیکی استوانه fg در حوزه زمان، پاسخهای بدست آمده در حوزه لاپلاس با استفاده از روش ترکیب سریهای فوریه(flit) به حوزه زمان برگردانده و مورد بررسی قرار گرفته اند. معادله یک بعدی انتقال حرارت در راستای ضخامت استوانه نیز به روش مشابه با معادله استوانه حل شده ، با این تفاوت که از روش باقیمانده ها برای بدست آوردن توزیع زمانی دما استفاده شده است. با استفاده از روش تحلیلی ارائه شده رفتار دینامیکی تنشهای شعاعی و محیطی برای استوانه طویل و تنشهای شعاعی، محیطی، محوری و برشی برای استوانه با طول محدود بدست آمده است. رفتار دینامیکی تنشها در نقاط مختلفی در راستای ضخامت استوانه fg ، همچنین در راستای محوری استوانه برای الگوهای مختلفی از توزیع خواص حرارتی- مکانیکی بین سرامیک و فلز بدست آمده و بصورت دقیق مورد ارزیابی و بررسی قرار گرفته اند. قابل ذکر است که استوانه با طول محدود با شرایط مرزی دو سر تکیه گاهی ساده در نظر و مورد بررسی قرار گرفته است. بارگذاری های مکانیکی بصورت افزایش نمایی، تابع پله فشار داخلی واعمال فشار داخلی بصورت پالس مثلثی در نظرگرفته شده است. بارگذاری حرارتی نیز بصورت افزایش نمایی دمای سطوح داخلی و خارجی استوانه، انتقال حرارت جابجایی با محیط داخلی و خارجی استوانه و ایجاد شوک حرارتی در سطح داخلی استوانه لحاظ شده است. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که توزیع دمای جداره استوانه و همچنین توزیع تنش در پوسته استوانه ای ساخته شده از مواد fg، به نوع مواد و نحوه توزیع خواص آن وابسته است که می توان از آنها برای کنترل توزیع دما وتنش ایجاد شده در استوانه fg استفاده نمود. روش ارائه شده در این پایان نامه یک راه حل کاملا تحلیلی، و برای بررسی هر نوع سازه استوانه ای توخالی، با طول بلند وکوتاه، از جنس مواد fg، با هر ضخامت دلخواه و تحت هر نوع بارگذاری حرارتی-مکانیکی مناسب می باشد. مزیت اصلی این روش در بدست آوردن توزیع دقیق تنشها، بدلیل ماهیت تحلیلی آن و قابلیت خوب آن برای مدلسازی هر نوع ماده fg می باشد. لازم به ذکر است در کلیه موارد نتایج حاصل با روشهای مختلف مورد ارزیابی و اعتبار سنجی قرار گرفته اند و جزییات بیشتر در هر بخش ارائه شده است. تطابق قابل قبول نتایج بدست آمده از روش حاضر با نتایج بدست آمده از روشهای دیگر صحت روش ارائه شده در این پایان نامه را تایید می کند.

چکیده هدف اصلی این پایان‎نامه بسط و گسترش یک حل تحلیلی برای بررسی رفتار استاتیکی ورق های چندلایه‎ ترکیبی پیزوالکتریک مستطیل شکل با شرایط مرزی دلخواه ساده/گیردار، تحت تاثیر بارگذاری ترموالکترومکانیکی می باشد. حل تحلیلی حاضر بر اساس اصل بر هم نهی و تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول ورق ها بنا شده است. در این روش - بجای آنکه شرایط مرزی حاکم بر مسئله بطور کامل در نظر گرفته شود و به حل آن پرداخته شود - مسئله به چند بخش و زیرمجموعه تقسیم می شود. تعداد این بخش‎ها و زیرمجموعه ها متناسب با تعداد لبه‎های با شرایط مرزی گیردار خواهد بود. در هر زیر مجموعه، لبه گیردار حذف می شود و بجای آن یک لبه ساده قرار داده می شود. اما برای مدل کردن شرایط لبه گیردار قبلی، به لبه ساده جدید که جایگزین شده است، یک منتجه نیرو و ممان مکانیکی مجهول اعمال می شود. هر یک از این منتجه ها بصورت سری مثلثاتی فوریه با ضریب مجهول فوریه نوشته می شوند. این منتجه های مجهول بایستی بگونه ای معلوم شوند که همان شرایط لبه گیردار را برای ورق مدل سازی کنند. با استفاده از اصل حداقل انرژی پتانسیل کل، هر یک از جابجایی های تعمیم یافته، که بصورت سری های دوگانه مثلثاتی فوریه در نظر گرفته می شوند، بر‎حسب ضرایب مجهول فوریه بدست خواهند آمد. دلیل عدم نیاز به حل معادلات دیفرانسیل در روش حاضر اینست که منتجه های نیرو و ممان و نیز جابجایی های تعمیم یافته بصورت سری های مثلثاتی فوریه نوشته شده اند و بنابراین پس از جایگذاری آنها در معادله اصل حداقل انرژی پتانسیل کل و طی یک سری فاکتورگیری ها، معادلات تعادل ورق بصورت یک دسته معادلات جبری خطی ظاهر می شوند. با اعمال شرایط مرزی لبه گیردار، یعنی جابجایی و شیب صفر به معادلات بدست آمده، ضرایب مجهول فوریه مشخص می شوند. با جایگذاری این ضرایب مشخص شده فوریه در جابجایی های تعمیم یافته، این جابجایی ها نیز مشخص می شوند. با توجه به کاربرد گسترده مواد هدفمند در صنعت، روش حاضر برای تحلیل ورق های از جنس مواد هدفمند با شرایط مرزی دلخواه ساده/گیردار و بارگذاری ترمومکانیکی، نیز بسط داده می شود. نتایج بدست آمده از روش حاضر برای چند حالت مختلف با نتایج موجود در سایر مقالات معتبر و نیز روش اجزای محدود مقایسه گردیده است. این مقایسه نشان دهنده دقت بالای روش حاضر برای تحلیل چندلایه های پیزوالکتریک و ورق های از جنس مواد هدفمند است. نتایج نشان می دهد، این روش دارای نرخ سریع همگرایی است. ساده، قابل فهم بودن و عدم نیاز به حل معادلات دیفرانسیل پیچیده، از دیگر مزیت های این روش است. کلمات کلیدی: حل تحلیلی، شرایط مرزی دلخواه ساده/گیردار، بارگذاری ترموالکترومکانیکی، چندلایه پیزوالکتریک، تئوری برشی مرتبه اول.

جوشکاری ورق های نازک کاربردهای متعددی در صنایع مختلف از جمله تولید بدنه خودرو، کشتی و مخازن فلزی دارد. در هنگام جوشکاری با حرکت الکترود و توزیع غیر یکنواخت دما تنش های پسماند در قطعه کار بوجود می آید. این تنش ها در ورق ها منجر به بروز انحرافات مختلف بخصوص انحراف کمانشی می شود. از آنجا که این انحرافات با چشم دیده می شود، کیفیت قطعه ساخته شده مطلوب نخواهد بود. روش های زیادی برای کاهش انحرافات وجود دارد. در این میان یکی از روش های کاربردی و ارزان برای کاهش این انحرافات، استفاده از فیکسچر است که می تواند کیفیت ورق های نازک جوشکاری شده را به طور موثر افزایش دهد. در این تحقیق تاثیر نحوه موقعیت دهی ورق توسط فیکسچر برروی میزان انحرافات نهایی بررسی می شود. بدین منظور بایستی بین متغیرهای ورودی و خروجی فرآیند یک ارتباط منطقی برقرار شود. به دلیل پیچیدگی و غیر خطی بودن، بدست آوردن یک رابطه تحلیلی برای پیش بینی فرآیند جوشکاری امری دشوار است. از این رو با رویکرد طراحی آزمایشات تعدادی آزمایش طراحی شد، تا با استفاده از آنها و به وسیله روش های رگرسیون چند جمله ای ها و شبکه های عصبی، یک مدل ساده بین ورودی ها و خروجی های فرآیند برازش شود. در این تحقیق مدل شبکه عصبی به عنوان مدل اصلح با خطا پیش بینی کمتر از 10 درصد انتخاب شد. نتیجه آزمایشات با شبیه سازی فرآیند جوشکاری توسط یک مدل اجزاء محدود کوپله حرارتی - مکانیکی در برنامه ansys پیش بینی می شود. در نهایت با به کارگیری مدل ریاضی برازش شده به عنوان تابع هدف، مکان بهینه موقعیت دهنده های فیکسچر توسط الگوریتم تبرید تدریجی به منظور کمینه نمودن انحرافات کمانشی با خطای کمتر از 4 درصد پیدا شد. نتایج محاسباتی نشان می دهد الگوریتم پیشنهاد شده در این تحقیق می تواند میزان اعوجاج را 50 درصد نسبت به حالتی که از فیکسچرهای استاندارد استفاده می شود، کاهش دهد.

در این پژوهش به کمک روش کانتروویچ تعمیم یافته چند جمله ای، حل تحلیلی برای بررسی خمش صفحات قطاعی ایزوتروپیک، اورتوتروپیک، کامپوزیتی با فیبرهای محیطی، ضخامت متغیر و صفحات با مواد هدفمند ( در جهت ضخامت و شعاعی) ارایه شد. روش یاد شده که بر مبنای تفکیک مولفه های میدان جابجایی به صورت مجموع حاصل ضرب توابعی مستقل از متغیرهای فضایی می باشد قابلیت تحلیل صفحات را با هندسه و ساختار گوناگون، تحت بارگذاری و شرایط مرزی دلخواه داراست. معادلات تعادل حاکم بر خمش صفحات بر مبنای میدان جابجایی تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول و با استفاده از اصل کمترین انرژی پتانسیل کل بدست آمد. در ادامه معادلات با بکارگیری روش کانتروویچ تعمیم یافته چند جمله ای به دو دسته معادلات دیفرانسیل معمولی کوپل تبدیل گردید. در نهایت، با استفاده از روش فضا-حالت و رینگ-رینگ سازی ریاضی حل تحلیلی تکرارشونده ای برای معادلات بدست آمده ارایه شد. با بکارگیری این روش، مثال های متعددی از خمش صفحات قطاعی تحت بارگذاری های مکانیکی و گرمایی برای بررسی کاربردی بودن آن در نظر گرفته شد. علاوه بر آن، صفحات قطاعی توپر و صفحات مستطیلی نیز به عنوان حالت های خاص معادلات بررسی شدند. نتایج حاصله با نتایج دیگر روش های ارایه شده در مراجع مختلف مقایسه گردید. به علاوه، در مواردی که نتایج مناسبی در مقالات و پروژه های مشابه گزارش نشده بود از حل عددی المان محدود استفاده گردید. مشاهده شد که نتایج روش ارایه شده تطابق بسیار خوبی با نتایج روش های بیان شده در مراجع مختلف و روش المان محدود دارد. دیگر آنکه نشان داده شد روش حاضر از سرعت همگرایی و دقت بالایی برخوردار است. به علاوه مشخص گردید که برخلاف نتایج بدست آمده از روش کانتروویچ تعمیم یافته تک جمله ای که در بسیاری از موارد ( هم چون صفحات شامل انواع شرایط مرزی و یا صفحات تحت بارگذاری حرارتی ) دقیق نمی باشد؛ نتایج حاصل از روش حاضر در تمامی موارد از دقت بالایی برخوردار هست. در انتها باید اضافه کرد که به دلیل سرراست بودن و نیز عمومی بودن روش می توان از آن برای حل معادلات بدست آمده بر مبنای دیگر تئوری های صفحه و پوسته همانند تئوری تغییر شکل مرتبه سوم و یا تئوری لایه ای استفاده نمود.

در این پژوهش به کمک روش کانتروویچ توسعه یافته ی چندجمله ای، حل تحلیلی تقریبی برای تحلیل خمش پنل های پوسته ی چندلایه، تحت بارگذاری های مکانیکی و حرارتی و همچنین پنل های پوسته ی چندلایه با لایه های پیزوالکتریک، تحت بارگذاری الکتریکی با شرایط مرزی و لایه گذاری عمومی، ارائه می شود. میدان جابجایی بر مبنای تئوری تغییر شکل برشی مرتبه ی اول تعریف می گردد و با اعمال فرض کانتروویچ توسعه یافته ی چندجمله ای و استفاده از اصل حداقل انرژی پتانسیل کل، معادلات تعادل به شکل دو دستگاه معادلات دیفرانسیل معمولی کوپل شده با ضرایب ثابت به دست می-آید. بر مبنای یک تئوری پوسته ی عمومی، معادلات حاکم بر تعادل استخراج و با استفاده از رویکرد فضای حالت در روندی تکراری حل می شوند. با به کارگیری این روش، مثال های متعددی شامل پنل های پوسته ی دوخمی، کروی، استوانه ای و مسطح حل گردیده و پاسخ های به دست آمده با نتایج سایر روش های تحلیلی مقایسه شده است. به علاوه در مواردی که نتایج تحلیلی در دسترس نمی باشد، از نتایج حاصل از روش های عددی و حل المان محدود استفاده گردیده است. مشاهده شد که نتایج روش ارائه شده تطابق بسیار خوبی با نتایج سایر روش های تحلیلی و عددی دارد. سپس برای نمایش قابلیت-های روش مذکور، مثال هایی از پنل های پوسته ی استوانه ای با شرایط مرزی و لایه گذاری عمومی که حل تحلیلی برای آن ها در دسترس نیست حل شده و پاسخ ها با نتایج المان محدود مقایسه گردیده است. همچنین نشان داده شده است که روش حاضر در شرایط مختلف بارگذاری از سرعت همگرایی بالایی برخوردار است. به علاوه مشخص گردید که برخلاف نتایج به دست آمده از روش کانتروویچ توسعه یافته ی تک جمله ای، که در بسیاری از موارد همچون پنل های پوسته با شرایط مرزی نامتقارن و لایه-گذاری های زاویه دار دقیق نمی باشد، نتایج حاصل از روش حاضر در تمامی موارد از دقت بالایی برخوردار است. در انتها باید اضافه نمود که روش ارائه شده به دلیل سادگی اعمال و عمومی بودن، قابلیت اعمال بر انواع دیگر تئوری های پوسته از قبیل تئوری تغییر شکل برشی مرتبه سوم و یا تئوری-های لایه ای را دارا می باشد.

مطالعات انجام شده در زمینه ی تحلیل خواص و رفتار دینامیکی نانوتیوب های کربنی نشان دهنده ی آن است که تحقیقات در این زمینه هنوز در مرحله ی مقدماتی قرار دارد که با توجه به پیشرفت سریع فناوری نانو و نیز کاربردهای وسیع نانوتیوب های کربنی، پژوهش در این زمینه جالب و ضروری به نظر می رسد. لذا در این رساله بر آنیم که با ارائه ی مدل مناسب پوسته های استوانه ای و گسترش شیوه ی حل عددی و تحلیلی، ابزاری آسان و صریح جهت بررسی مسائل مربوط به رفتار دینامیکی نانوتیوب های کربنی را در اختیار پژوهشگران قرار دهیم. با ارائه ی این مدل، مسائلی که در این رساله مورد تحلیل قرار گرفته است عبارتند از: اول، تأثیرات پارامترهای ابعادی و شرایط مرزی بر ارتعاشات متقارن محوری نانوتیوب های کربنی چند لایه با روش اجزاء محدود. دوم، به دست آوردن سرعت انتشار بین لایه ای موج شعاعی در نانوتیوب های چند لایه و بررسی تأثیرات غیر خطی شرایط مختلف ابعادی و فشار خارجی بر آن با روش اجزاء محدود. سوم، بررسی تأثیرات غیر خطی تغییرات دما بر ارتعاشات و گسترش موج شعاعی در نانوتیوب های چند لایه با روش اجزاء محدود. چهارم، به دست آوردن پاسخ زمانی نانوتیوب های چند لایه تحت تأثیر ضربه ی فشار داخلی یا خارجی با روش حل تحلیلی و استفاده از بسط سینوسی. پنجم، تحصیل پاسخ زمانی نانوتیوب های چند لایه تحت شوک حرارتی یکنواخت با روش حل تحلیلی و استفاده از بسط سینوسی. ششم، به دست آوردن پاسخ زمانی نانوتیوب های چند لایه تحت بارگذاری ضربه ای با روش حل تحلیلی و استفاده از بسط توانی. هفتم، به دست آوردن توزیع دمای ناشی از شوک حرارتی به سطوح نانوتیوب های کربنی چند لایه و هشتم، به دست آوردن توزیع تنش ناشی از شوک حرارتی به سطوح نانوتیوب ها. مقایسه ی نتایج حاصل از ارتعاشات آزاد یا بارگذاری های استاتیکی و دینامیکی با کارهای سایرین تطابق خوبی را نشان می دهد و حاکی از مناسب بودن مدل و راه حل ارائه شده در تحلیل خواص و رفتار دینامیکی نانوتیوب های کربنی است. اهم این نتایج حاکی از آن است که تأثیرات شرایط مرزی بر فرکانس های ارتعاشات آزاد شعاعی نانوتیوب های کربنی چند لایه فقط برای نسبت طول به قطرهای کوچک محسوس است. همچنین نیروهای واندروالس، فرکانس های ارتعاشات آزاد شعاعی هر یک از لایه ها را در مقایسه با حالتی که آن لایه مجزا باشد، افزایش می دهد. از طرفی، هنگامی که نسبت قطر به ضخامت افزایش یابد سرعت گسترش موج شعاعی در نانوتیوب های کربنی چند لایه کاهش می یابد؛ اما با افزایش فشار خارجی اولیه، سرعت گسترش موج شعاعی تقریباً به طور خطی افزایش می یابد. تأثیرات دمای محیط نیز بر خواص دینامیکی متقارن محوری نانوتیوب های کربنی چند لایه ی ضخیم، شدید تر از تأثیرات آن بر خواص نانوتیوب های کربنی چند لایه ی نازک است. در ثانی، تغییرات مشخصه های دینامیکی نانوتیوب های کربنی تا دمای 800 k اندک و قابل اغماض است؛ اما تغییرات آن در دماهای بالا تا 1600 k قابل ملاحظه است. در خصوص تنش های ایجاد شده تحت بارگذاری دینامیکی می توان گفت که در نانوتیوب های کربنی چند لایه با قطر خارجی ثابت و تحت شوک فشار خارجی، با افزایش تعداد لایه ها حداکثر تنش محیطی کاهش می یابد. اما حداکثر تنش محیطی ناشی از شوک حرارتی یکنواخت در نانوتیوب های کربنی چند لایه با قطر خارجی ثابت، با افزایش تعداد لایه ها افزایش یافته و در نانوتیوب کربنی چند لایه با ضخامت ثابت، با افزایش قطر خارجی کاهش می یابد. در این رساله با ارائه ی مدل پوسته های استوانه ای و گسترش شیوه ی حل عددی و تحلیلی، ابزاری آسان و دقیق جهت بررسی مسائل مربوط به رفتار دینامیکی نانولوله های کربنی توسعه داده شده است. با ارائه ی این مدل، مسائلی که در این رساله مورد تحلیل قرار گرفته است عبارتند از: اول، بررسی تأثیرات پارامترهای ابعادی و شرایط مرزی بر ارتعاشات متقارن محوری نانولوله های کربنی چند لایه با روش اجزاء محدود؛ دوم، به دست آوردن سرعت انتشار بین لایه ای موج شعاعی در نانولوله های چند لایه و بررسی تأثیرات غیر خطی شرایط مختلف ابعادی و فشار خارجی بر آن با روش اجزاء محدود؛ سوم، بررسی تأثیرات غیر خطی تغییرات دما بر ارتعاشات و گسترش موج شعاعی در نانولوله های چند لایه با روش اجزاء محدود؛ چهارم، تعیین پاسخ زمانی نانولوله های چند لایه تحت تأثیر ضربه ی فشار داخلی یا خارجی با روش حل تحلیلی و استفاده از بسط سینوسی؛ پنجم، تعیین پاسخ زمانی نانولوله های کربنی چند لایه تحت شوک حرارتی یکنواخت با روش حل تحلیلی و استفاده از بسط سینوسی؛ ششم، تعیین پاسخ زمانی نانولوله های چند لایه تحت بارگذاری ضربه ای با روش حل تحلیلی و استفاده از بسط توانی؛ هفتم، به دست آوردن توزیع دمای ناشی از شوک حرارتی به سطوح نانولوله های کربنی چند لایه و هشتم، به دست آوردن توزیع تنش ناشی از شوک حرارتی به سطوح نانولوله ها. مقایسه ی نتایج حاصل از ارتعاشات آزاد یا بارگذاری های استاتیکی و دینامیکی با کارهای سایرین تطابق خوبی را نشان می دهد. اهم این نتایج حاکی از آن است که تأثیرات شرایط مرزی بر فرکانس های ارتعاشات آزاد شعاعی نانولوله های کربنی چند لایه فقط برای نسبت طول به قطرهای کوچک محسوس است. از طرفی، هنگامی که نسبت قطر به ضخامت افزایش یابد سرعت گسترش موج شعاعی در نانولوله-های کربنی چند لایه کاهش می یابد؛ اما با افزایش فشار خارجی اولیه، سرعت گسترش موج شعاعی تقریباً به طور خطی افزایش می یابد. تأثیرات دمای محیط نیز بر خواص دینامیکی متقارن محوری نانولوله های کربنی چند لایه ی ضخیم، شدیدتر از تأثیرات آن بر خواص نانولوله های کربنی چند لایه ی نازک است. همچنین، تغییرات مشخصه های دینامیکی نانولوله های کربنی در دماهای کم قابل اغماض و دماهای بالا قابل ملاحظه است. در خصوص تنش های ایجاد شده تحت بارگذاری دینامیکی می توان گفت که در نانولوله های کربنی چند لایه با قطر خارجی ثابت و تحت شوک فشار خارجی، با افزایش تعداد لایه ها حداکثر تنش محیطی کاهش می یابد. اما حداکثر تنش محیطی ناشی از شوک حرارتی یکنواخت در نانولوله های کربنی چند لایه با قطر خارجی ثابت، با افزایش تعداد لایه ها افزایش یافته و در نانولوله کربنی چند لایه با ضخامت ثابت، با افزایش قطر خارجی کاهش می یابد. با استفاده از تحلیل انتقال حرارت گذرا در نانولوله های کربنی نتایج جالبی نیز حاصل شده است. هنگامی که به یک سطح از نانولوله کربنی چند لایه شوک حرارتی اعمال می شود، موج گرمایی ایجاد شده و در جهت های شعاعی و طولی با سرعت های مختلف گسترش می-یابند. با استفاده از تحلیل انتقال حرارت غیرفوریه، امکان افزایش قابل توجه دمای نقاطی از نانولوله تحت شوک حرارتی به حتی بیش از دمای شوک نیز وجود دارد. اختلاف بین مقادیر حداکثری تنش حاصل از دو نگره ی متفاوت انتقال حرارت فوریه و غیرفوریه در نانولوله های کربنی چند لایه تحت شوک حرارتی اعمال شده به سطوح استوانه ای لایه های داخلی یا خارجی چندان محسوس نیست؛ اما این اختلاف برای شوک حرارتی اعمال شده به سطح مقطع یک یا دو انتهای نانولوله آشکار است.

در این رساله یک مدل دینامیکی با در نظر گرفتن اثرات غیرخطی هندسی، برای پیش بینی رفتار عملگرهای پلیمری سه لایه سریع بر پایه ppy در ابعاد تیر و صفحه ارائه می شود. عملگرهای پلیمری سریع دارای طیف گسترده ای از کاربردها در صنایع پزشکی و ربات های الهام گرفته از طبیعت هستند. با این وجود تاکنون مدلی مکانیکی که توانایی شبیه سازی رفتار دینامیکی عملگرهای نسبتا ضخیم را در ابعاد تیر و صفحه دارا باشد مطرح نشده است. مشاهدات تجربی نشان می دهد که کرنش القایی در این عملگرها متناسب با بار الکتریکی ذخیره شده ناشی از فرآیند اکسایش/کاهش است. در حوزه الکتروشیمیایی با مدل سازی عملگر بصورت یک مدار الکتریکی متشکل از بیشمار مقاومت و خازن، رابطه ای میان ولتاژ ورودی و جریان خروجی بدست می آید. در این رساله با منظور کردن تلفات انرژی در راستای ضخامت، یک مدل الکتروشیمیایی برای یافتن جریان خروجی ناشی از ولتاژ ورودی، در حوزه لاپلاس بدست می آید. معادلات حرکت و منتجه ها به کمک اصل همیلتون و با بهره گیری از تئوری برشی مرتبه اول برای صفحات و منظور کردن خواص ویسکوالاستیک برای عملگر پلیمری، استخراج شده و با اعمال ساده سازی های لازم روابط و معادلات برای تیر تیموشنکو بدست می آیند. معادلات دیفرانسیل جزئی به کمک روش عددی دیفرانسیل کوادراچر تعمیم یافته (gdq) و روش نیومارک به یک دستگاه معادلات جبری غیرخطی تبدیل شده و به کمک روش تکراری نیوتن-رافسون حل و شرایط مرزی پرکاربرد در هر حوزه در دستور کار قرار می گیرد. علاوه بر این، رفتار عملگرهایی با داشتن جرم و نیرویی متمرکز در انتها بررسی می شود.. در پژوهش حال حاضر، نیرویی متمرکز در خلاف جهت حرکت تیر به نحوی اعمال می شود که خیز انتهای آن را در هر لحظه از زمان صفر نگاه دارد. این نیرو که همان نیروی خروجی عملگر است، برای اولین بار در این پایان نامه بصورت دینامیکی مدل می شود. پاسخ ها برای تحریک های پله (ولتاژ dc) و سینوس (ولتاژ ac) مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج در حوزه زمان و فرکانس با هدف تخمین زدن فرکانس طبیعی عملگرها ارائه می شوند. تئوری های خطی و غیرخطی برای شرایط مرزی بکار گرفته شده برای تیرها و صفحات با یکدیگر مقایسه و تمامی نتایج در هر مرحله از مدل سازی با یافته های تجربی منتشر شده در مقالات و پایان نامه های اخیر اعتبار سنجی شده اند. نتایج نشان از تطبیق قابل قبول مدل ارائه شده با مشاهدات آزمایشگاهی دارد.

رفتار پایدار و ناپایدار نانو/میکروتیرهای دوسرگیردار تحریک شده با اختلاف پتانسیل dc تحت تاثیر نیروی وندروالس در هردو حالت استاتیکی و دینامیکی در پژوهش پیش رو بررسی می گردد. در این پژوهش مدلی بر اساس تیر اولر-برنولی غیرخطی ارائه می شود که اثرات غیرخطی کشش صفحه میانی و نیروهای جاذبه الکترواستاتیک و وندروالس را با احتساب اثر تنش پسماند محوری مدنظر قرار می دهد. معادلات حاکم بر مساله با استفاده از اصل همیلتون استخراج و با توجه به باریک بودن نانو/میکروتیرهای الکترومکانیکی به صورت یک معادله غیرخطی انتگرالی با مشتقات جزئی ساده می شوند. معادله نهایی نیز پس از بی بعد شدن با استفاده از تقریب تک مدی گالرکین به یک معادله دیفرانسیل معمولی غیرخطی در حالت دینامیکی و یک معادله جبری غیرخطی در حالت استاتیکی تبدیل می گردد. معادله جبری با استفاده از بسط تیلور جملات غیرخطی حول نقطه تعادل استاتیکی، خطی سازی و سپس حل می شود. معادله دیفرانسیل مقدار اولیه توصیف کننده حرکت سیستم نیز با استفاده از روش تحلیل هموتوپی به صورت تحلیلی تقریبی حل می گردد. ناپایداری کشیدگی درون دینامیکی نیز به عنوان رفتار ناپایدار نانو/میکروتیرهای الکترومکانیکی با حل عددی این معادله با استفاده از روش رانگ-کوتای مرتبه چهار بررسی می شود. همچنین پایداری استاتیکی علاوه بر مدل ارائه شده با استفاده از مدل جرم-فنر نیز بررسی و معادله جبری غیرخطی حاصل از آن از طریق روش تحلیل هموتوپی حل می گردد. نتایج هر قسمت با مقایسه مستقیم با نتایج آزمایشگاهی و سایر نتایج موجود صحه گذاری می شوند. این مقایسه تطابق فوق العاده ای بین آن ها بدست می دهد. ناپایداریهای کشیدگی درون استاتیکی و دینامیکی و همچنین نوع رفتار فرکانس نوسانات (کاهشی یا افزایشی) با افزایش اختلاف پتانسیل اعمال شده به سیستم، از طریق پارامترهای بی بعد مساله بررسی می شوند. نمودارهای جامعی نیز برای پیش بینی پارامترهای بی بعد اختلاف پتانسیل کشیدگی درون استاتیکی و دینامیکی و همچنین مرز تغییر رفتار فرکانس سیستم ارائه می گردد. براساس نتایج این نمودارها مشاهده می شود که پارامترهای بی بعد اختلاف پتانسیل کشیدگی درون استاتیکی و دینامیکی بر حسب سایر پارامترهای بی بعد مساله به صورت خطی تغییر می کنند. همچنین رابطه ی خطی دیگری نیز بین پارامترهای بی بعد سیستم بدست می آید که مرز تغییر رفتار فرکانس را توصیف می کند. بر اساس این نتیجه مهم، روابطی ساده و دقیق برای پیش بینی اختلاف پتانسیل کشیدگی درون استاتیکی و دینامیکی و همچنین مرز تغییر رفتار فرکانسی برحسب خواص هندسی و مکانیکی سیستم ارائه می شود.

نانولوله های کربنی حاوی سیال کاربردگسترده ای در نانوتکنولوژی و صنعت دارند. می توان از این نانولوله های کربنی حاوی سیال در موتورهای مخصوص کار سنگین و همچنین در هواپیماها و ایستگاه های فضایی، به عنوان سیستم های خنک کننده فشرده تر که دارای بازده بالا، اندازه کوچک و رادیاتورهای سبکتر می باشند، استفاده نمود. دیگر کاربردهای آن ها در طراحی وسایل الکترونیکی پیشرفته، سیستم های جذب انرژی خورشیدی، روان کاری پیشرفته، سیستم های عرضه نانودارو و خنک کردن رآکتورها می باشد. در این مطالعه، به تحلیل ناپایداری ها و ارتعاشات نانولوله های کربنی حاوی سیال، می پردازیم که یک ارتعاشات خود تحریک می باشد. معادلات حاکم بر ارتعاشات نانولوله های حاوی سیال بر اساس دو تئوری تیر اویلر- برنولی و تیموشنکو استخراج می گردد. در این مطالعه، معادلات به کمک روش gdq، حل می شود و در نهایت یک معادله مقدارویژه به دست می آید. بر این اساس، یک کد عددی کامپیوتری با استفاده از نرم افزار matlab نوشته شده است و با استفاده از آن فرکانس های طبیعی، فرکانس های نوسان میرا و سرعت های بحرانی سیال برای هر یک از شرایط فرض شده، محاسبه می شود. نتایج، وقوع ناپایداری های فلاتر و دیورژانس را در سیستم، پیش بینی می نماید. این نتایج با مطالعات گذشته مقایسه می شود. فرکانس های حاصل از دو مدل تیر تیموشنکو و اویلر- برنولی در نانولوله حاوی سیال با دو نوع تکیه گاه های دوسر گیردار و دوسر مفصلی، با هم مقایسه می شوند؛ تا مزیت مدل تیموشنکو که اینرسی دورانی و تغییرشکل های برشی را در نظر می گیرد، آشکار گردد. نتایج حاصل از مدل تیموشنکو در حالتی که کرنش در امتداد محور نانولوله مخالف صفر است، با شرایطی که کرنش در امتداد محور نانولوله صفر فرض می شود، مقایسه می شود. در این پژوهش، به بررسی دقیق چگونگی وقوع ناپایداری های فلاتر و دیورژانس در اثر جریان سیال بر اساس تئوری تیر تیموشنکو و با دو نوع شرایط مرزی می پردازیم. همچنین، تاثیرات افزایش تعداد گره ها در همگرایی جواب های بدست آمده در روش دیفرانسیل کوادرچر و تاثیرات نسبت طول به قطر نانولوله بر روی ناپایداری های سیستم، بررسی می شود. فرکانس های ارتعاشاتی حاصل از این حل تحلیلی و حل دیفرانسیل کوادرچر این مطالعه بر اساس مدل تیر تیموشنکو، با هم مقایسه می شوند. در پژوهش حاضر، ارتعاشات و ناپایداری های نانولوله های کربنی حاوی سیال واقع شده بر بستر الاستیک که به کمک بسترهای وینکلر، پسترناک و دو-پارامتری شبیه سازی شده است، بر اساس مدل تیر تیموشنکو مطالعه می شود و تاثیرات مدل بستر دو-پارامتری و بستر وینکلر بر روی سرعت های بحرانی که در آن پدیده های ناپایدار فلاتر و دیورژانس اتفاق می افتد، مشخص می گردد. نتایج حاصل از بستر الاستیک نوع وینکلر در این پژوهش که بر اساس مدل تیر تیموشنکو می باشد، با یک مطالعه در گذشته که بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی است، مقایسه می شود. سپس، تاثیرات بستر میرا (دمپر) روی ارتعاشات و ناپایداری های نانولوله حاوی سیال بر اساس مدل تیموشنکو، مشخص می گردد و تاثیرات افزایش ضریب بستر میرا بر ناپایداری سیستم، پیش بینی می شود.

در این تحقیق، مدلسازی و تحلیل دینامیکی پوستههای مدرج تابعی متقارن محوری تحت بارهای متقارن و نامتقارن مکانیکی و حرارتی بررسی و ارائه میشود. بدین منظور در ابتدا با ترکیب روش های تئوری لایه ای، روش دیفرانسیل کوادریچر، بسط فوریه و روش نیومارک دو روش عددی توانمند سه بعدی به نام های lwdq و lwdqn معرفی می گردد. در روش lwdq در ابتدا با استفاده از تئوری لایه ای کامل، تغییرات مولفه های جابجایی در راستای شعاعی مدلسازی می شود و سپس با به کارگیری اصل هامیلتون ، معادلات حاکم و شرایط مرزی در پوسته های فوق تعیین می گردد. پس از آن جهت تقریب مشتقات مولفه های جابجایی در راستای محوری و همچنین در بازه زمانی از روش دیفرانسیل کوادریچر و از بسط فوریه، برای تقریب تغییرات مولفه های جابجایی در راستای مماسی استفاده می شود. روش lwdqn، مشابه روش lwdq می باشد با این تفاوت که جهت تقریب مشتقات مولفه های جابجایی در بازه زمان از روش نیومارک استفاده می شود. همچنین در پوسته های در معرض شار حرارتی، جهت تقریب مشتقات مکانی و زمانی دما در معادله انتقال حرارت، مشابه روش lwdq عمل می شود. گفتنی است که در تحلیل های مکانیکی- حرارتی انجام گرفته، خواص اجزاء سازنده پوسته، وابسته به دما در نظر گرفته خواهد شد. مدلسازی های انجام گرفته در این تحقیق شامل: مدلسازی پوسته های استوانه ای مدرج تابعی تحت فشار دینامیکی متقارن محوری و نامتقارن، مدلسازی مکانیکی- حرارتی پوسته های استوانه ای مدرج تابعی در معرض شار حرارتی و فشار دینامیکی متقارن محوری و نامتقارن، مدلسازی پوسته های مخروطی ناقص مدرج تابعی تحت فشار دینامیکی متقارن محوری و نامتقارن و مدلسازی دینامیکی پوسته مخروطی ناقص مدرج تابعی تحت فشار دینامیکی متحرک محلی می باشند. در انتهای این تحقیق نیز با اقتباس از تئوری های تحلیل دینامیکی پوسته های مدرج تابعی، به مدلسازی و تحلیل دینامیکی، مخازن کامپوزیتی لایه ای پلیمری در معرض حرارت آتش و تحت بارگذاری دینامیکی متقارن و نامتقارن پرداخته خواهد شد. به منظور تایید صحت و دقت مدلسازی، نتایج حاصل از تحلیل دینامیکی و ارتعاشات آزاد پوسته های مدرج تابعی به دو روش ارائه شده در این تحقیق با نتایج ارائه شده در مقالات و همچنین نتایج حاصل از مدلسازی در نرم افزار اجزای محدود ansys مقایسه خواهد شد. گفتنی است که در این تحقیق برای بررسی توانمندی دو روش lwdq و lwdqn، مدل های مختلف ارائه شده برای توزیع مواد مدرج تابعی مدلسازی و تحلیل خواهد شد. درنهایت اثر پارامترهای مختلف هندسی و مادی مانند تاثیر شرایط مرزی، شرایط بارگذاری، ابعاد هندسی پوسته، چگونگی توزیع ماده مدرج تابعی، شرایط محیطی و ... بر رفتار دینامیکی پوسته های مدرج تابعی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. بررسی رفتار همگرایی و اعتبارسنجی روش های فوق بیانگر آن می باشد که هر دو روش تدوین شده، روش هایی با همگرایی سریع، زمان محاسباتی کم و بسیار دقیق می باشند و می توان از آنها به عنوان روش هایی پایه در تحلیل دینامیکی و طراحی پوسته های مدرج تابعی استفاده نمود.

امروزه اتصالات چسبی به دلیل وزن کم و مقاومت بالا در مقابل خوردگی، در صنایع هوا فضا، کشتی سازی، انتقال مواد خورنده در داخل آب و صنایع گاز کاربرد بسیار دارند. از آنجایی که اتصالات، ضعیف ترین قسمت هر سازه محسوب می شوند، تحلیل و طراحی این اتصالات در درجه اول اهمیت قرار دارند. در این مقاله اتصال چسبی دو لوله کامپوزیتی با استفاده از کوپلینگ به صورت عددی و با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس مدل سازی می شود. سپس برای دستیابی به بیشترین استحکام، بهینه سازی اتصال چسبی لوله های کامپوزیتی، به دو روش تک هدفه و دو هدفه و به روش تاگوچی، الگوریتم ژنتیک و تلفیقی از دو روش صورت می گیرد. در بهینه سازی تک هدفه، مقاومت اتصال و در بهینه سازی دو هدفه مقاوت و وزن اتصال مورد بررسی قرار می گیرد. پارامترهای طراحی شامل طول کوپلینگ، زاویه فیبر کوپلینگ، ضخامت کوپلینگ، ضخامت چسب و زاویه پخ چسب می باشند. از بین 25 نوع اتصال ماتریس طراحی آزمایشات تاگوچی، اتصال بهینه برای هرکدام از بارگذاری ها از قبیل بارگذاری کششی، خمشی و تست سفتی مشخص می شود. پس از تعیین مقادیر بهینه پارامترها، تحت بارگذاری های مختلف، صحت نتایج مدل سازی عددی با استفاده از آزمایشات مورد بررسی قرار می گیرد. در مرحله آزمایشات، تعدادی از 25 حالت اتصال چسبی کامپوزیتی ماتریس طراحی آزمایشات تاگوچی ساخته شده و تحت بارگذاری های ذکر شده قرار داده می شود تا نتایج مدل سازی عددی با آزمایش های عملی مقایسه گردند. آزمایش های عملی بر روی نمونه های آزمایشگاهی اتصالات چسبی کامپوزیتی تحت بارگذاری های کششی، خمشی و تست سفتی حلقوی صورت می گیرد و بدین منظور فک های مخصوص اعمال بارگذاری های ذکر شده تهیه و مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به امکانات آزمایشگاهی، معیار صحه گذاری مدل سازی عددی، برای هر نوع بارگذاری متفاوت خواهد بود. در آزمایش تست کشش اتصال چسبی کامپوزیتی، نمودار نیرو جابجایی، معیاری برای بررسی صحت نتایج می باشد. این معیار برای تست سفتی حلقوی، میزان سفتی تعریف شده برای لوله های کامپوزیتی، می باشد. در بارگذاری خمشی نیز، علاوه بر نمودار نیرو -جابجایی، از شکست اتصال چسبی نیز به عنوان معیاری برای صحه گذاری نتایج استفاده می گردد. در پایان نتایج مدل سازی عددی با بررسی های آزمایشگاهی مقایسه گردیده و همچنین مقادیر بهینه پارامترها در بارگذاری های مختلف مورد تحلیل قرار می گیرد.

در این پژوهش، فرمول بندی تئوری و حل عددی برای ورق ها و پوسته های کامپوزیتی چند لایه ارائه خواهد شد. هدف مطالعه ی پاسخ استاتیکی و دینامیکی غیر خطی ورق ها و پوسته های چندلایه ی کامپوزیتی تحت بارگذاری های مختلف الکتریکی، مغناطیسی، حرارتی و مکانیکی و با شرایط مرزی گوناگون می باشد. با در نظر گرفتن اثرات تغییر شکل برشی و انحناء اولیه و بر اساس تئوری مرتبه اول برشی و غیر خطی هندسی از نوع فون-کارمن، سیستم معادلات حاکم بر مساله استخراج گردیده است. برای حل دستگاه معادلات دیفرانسیل جزئی غیر خطی از روش عددی دیفرانسیل کوادرچر به همراه تکنیک نیوتن-رافسون استفاده می شود. در حل مسائل دینامیکی و برای یافتن پاسخ گذرای ورق ها و پوسته های کامپوزیتی از روش نیومارک به همراه دو روش مذکور استفاده خواهد شد. با استفاده از روش بیان شده، معادلات حاکم در همان شکل اصلی خود و نه در فرم ضعیف شده آنها، تحلیل می گردند. همچنین در ارضای شرایط مرزی کلیه ی شرایط مرزی ضروری و طبیعی همزمان مدنظر قرار گرفته و ارضا می شود. روش های گوناگونی برای ساخت پوسته های چند لایه ی کامپوزیتی وجود دارد و پوسته ی تولید شده در هر روش به لحاظ ساختار و نوع اورتوتروپی متفاوت خواهد بود. در این پژوهش سعی شده است تفاوت در ساختار این پوسته ها از نظر نوع اورتوتروپی و تغیرات در ضخامت یا سفتی در نظر گرفته شود. معادلات استخراج شده برای تحلیل این پوسته ها، با در نظر گرفتن زاویه پیچش متغیر برای الیاف و ضخامت متغیر برای هر لایه می باشد. لذا دستگاه معادلات حاکم، یک دستگاه معادلات دیفرانسیل جزئی غیرخطی با ضرایب متغیر می باشد. روش هایی مانند رشته پیچی و لایه گذاری برای تولید این پوسته ها در نظر خواهد شد و در هر مورد نحوه ی تغییرات زاویه ی الیاف و ضخامت پوسته تشریح می شود. انواع مختلف پوسته مقایسه شده و تاثیر در نظر گرفتن پارامترهای فوق روی نتایج نشان داده می شود. از آنجا که روش دیفرانسیل کوادرچر در پیش بینی پاسخ برای مسائلی که دارای اثرات موضعی هستند مانند پوسته های دارای وصله یا بار گذاری موضعی بسیار ناتوان است، برای حل این مسایل از روش تقسیم بندی فضای حل استفاده می شود. نحوه ی استفاده از این تکنیک و نوشتن معادلات برای هر قطاع و نحوه ی ارضای شرایط لازم در مرز قطعات تبیین خواهد شد. با استفاده از روش بیان شده، ورق ها و پوسته های دارای بارگذاری موضعی و وصله هوشمند تحت بارگذاری الکتریکی و مغناطیسی مورد مطالعه قرار گرفته اند. مقایسه ی نتایج با نتایج موجود در تاریخچه و تحلیل های المان محدود حاکی از دقت بسیار خوب روش می باشد. نتایج نشان می دهد که روش از کارایی بسیار خوبی به ازای نقاط گرهی و تعداد تکرار کم، در تحلیل های مختلف خطی و غیر خطی برخوردار است. در هر بخش نتایج متنوع تری از نظر نوع شرایط مرزی و بارگذاری های مختلف الکتریکی، مغناطیسی، حرارتی و مکانیکی ارائه شده است که می تواند مورد استفاده تحقیقات آینده قرار بگیرد.

در این پژوهش برای اولین بار حل تحلیلی جدیدی برای محاسبه تنش های بین لایه ای صفحات و پوسته ها با لایه چینی دلخواه و شرایط مرزی کلی بر پایه روش کانترویچ توسعه یافته سه بعدی ارائه خواهد شد. برای هر هندسه، بارگذاری کلی شامل بار عرضی، خمشی، پیچشی، محوری، برشی و بار حرارتی ناشی از تغییر دما در نظر گرفته می شود. علاوه بر این تنش های بین لایه ای در صفحات و پوسته های پیزوالکتریک تحت بار الکتریکی نیز بررسی می گردد. با استفاده از اصل حداقل انرژی پتانسیل و بکارگیری میدان جابجایی مفروض در روش کانترویچ توسعه یافته سه بعدی حاضر، سه دستگاه معادله دیفرانسیل کوپل شده با شرایط مرزی غیرهمگن حاصل می گردد. سپس روندی تکراری بر مبنای روش فوق برای یافتن حل تحلیلی بکار گرفته می شود. در این تحلیل، صفحات و پوسته های استوانه ای کامپوزیت لایه ای با طول محدود در نظر گرفته شده است و تنش های بین لایه ای سه بعدی در ناحیه میانی و لایه مرزی محاسبه می گردد. نتایج عددی حاصل از روش جاری رفتار سه بعدی تنش های بین لایه ای را با دقت خوبی پیش بینی می نماید. همچنین رفتار منفرد تنش های عمودی و برشی بین لایه ای را در ناحیه مرزی واقع در مجاورت لبه های چند لایه نمایش می دهد. نتایج تحلیلی بدست آمده از روش جاری در حالات خاص با نتایج کارهای انجام شده سایر محققین اعم از روش های تحلیلی- تقریبی و یا عددی مقایسه می گردد. برای مواردی که نمونه مشابهی در مقالات یافت نمی شود، نتایج با نتایج حاصل از نرم افزار اجزاء محدود abaqus مقایسه و صحه گذاری می گردد که با تمام این روش ها همخوانی بسیار خوبی دارد. همچنین با توجه به نتایج می توان دریافت که روش کانترویچ توسعه یافته چند جمله ای حداکثر با فرض چهار ترم در بسط جابجایی به جواب های دقیقی همگرا می گردد و روش کانترویچ تک جمله ای برای پیش بینی پاسخ های دقیق برای تنش های بین لایه ای در مجاورت لبه ها ناکارامد است. در نهایت قدرت روش جاری در بدست آوردن تنش های بین لایه ای صفحات و پوسته های چند لایه با شرایط مرزی و لایه چینی کلی ارائه می گردد که می توانند به صورت مرجعی برای مطالعات آتی مورد توجه واقع گیرد.

استخوان از قسمت های پویای بدن می باشد که تحت تاثیر نوسازی یا بازسازی، یعنی جذب و ایجاد مستمر بافت استخوانی قرار دارد. هرگونه اختلاف در سطح طبیعی محرک باعث می شود که نرخ نوسازی استخوان به طور محلی تغییر کند. پیچ های اورتوپدی ابزار رایجی برای تثبیت استخوان در شکستگی ها و عامل اصلی ثبات ایمپلنت های صفحهای می باشند. یکی از شایع ترین علل ترمیم نادرست شکستگی های استخوان، پدیده مضر سپر تنش در هنگام استفاده از ایمپلنت می باشد. با استفاده از شیوه اجزاء محدود و با تعریف دو پارامتر بر مبنای تنش و چگالی انرژی کرنشی به عنوان معیار سازگاری، اثر پارامتر های طراحی پیچ بر روی نوسازی و سپر تنش ناشی از آن بررسی می شود. هدف کاهش پدیده سپر تنش به منظور داشتن ترمیمی موفق می باشد. مقدار بالاتر این پارامترهای سازگاری، نشان دهنده ی عملکرد بهتر ایمپلنت می باشد. نتایج مطالعه حاضر نشان می دهد که برای پیچ تمام فلزی، افزایش تعداد رزوه و شعاع خارجی و همچنین کاهش گام، شعاع داخلی و ضریب الاستیک پیچ، باعث بهبود پارامترهای سازگاری می شود. همچنین نشان داده شده است که خطر پدیده سپر تنش در استخوان دچار پوکی بیشتر از استخوان سالم می باشد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که مقدار پارامترها، برای پیچ هدفمند در مقایسه با پیچ فلزی، بیشتر می باشد. همچنین نتایج این کار نشان می دهد که با کاهش مدول الاستیسیته جزء فلزی و با افزایش جزء حجمی سرامیک، آثار منفی سپر تنشی کاهش می یابد. برای پیچی که دارای یک قسمت همگن و یک قسمت هدفمند است، هر چه طول قسمت هدفمند بیشتر باشد، پارامترها مقدار بزرگتری را نشان می دهند. بنا بر این اثر سپر تنشی و مقدار شل شدگی پیچ کاهش می یابد. همچنین هر چه قسمت هدفمند در موقعیتی نزدیک تر به رزوه های ابتدایی قرار گیرد، مقدار پارامترها، افزایش می یابد. به علاوه نتایج نشان می دهند که با کاهش توان ترکیب توزیعی که نشان دهنده ی نحوه تغییر ترکیب هدفمند از فلز به سرامیک است، مقدار پارامترها افزایش می یابد. مقایسه ی نتایج این تحقیق با مطالعات بالینی و آزمایشگاهی در دسترس تطابق خوبی را نشان می دهد

پایان نامه در پیش رو، مجموعه ای از پژوهش ها جهت مدل سازی و تحلیل دسته موتور فعال چند محفظهای با قابلیت خنک کاری است. در این مطالعه، پس از بررسی تحقیقات انجام شده در موضوع دسته موتور به ویژه انواع فعال و شبه فعال آن، موضوع مدل سازی دسته موتور به عنوان یک الگوریتم مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه نیز به معرفی ساختار دسته موتور نوین توسعه یافته و بررسی عملکرد حرارتی آن و مقایسه با انواع مرسوم پرداخته خواهد شد و به کمک تحلیل های عددی و کیفی به تخمین بهبود حرارتی ناشی از تغییرات انجام شده در دسته موتور توسعه یافته اقدام می گردد. برای این منظور پس از ارائه ی مدل های سه بعدی، با ایجاد شبکه بندی مناسب در نرم افزار gambit نتایج عددی به کمک نرم افزار تحلیل سیالاتی fluent بدست خواهند آمد. به عبارتی با اعمال تغییرات مناسب و ایجاد مجرای میانی در ساختار دسته موتور، جهت عبور سیال، افت حرارت در نواحی پلاستیکی محقق خواهد شد. این موضوع اثرات سوء حرارتی را کاهش خواهد داد. در ادامه با مدل سازی ارتعاشی دسته موتور توسعه یافته در نرم افزار متلب و بررسی عملکرد آن، تاثیر پارامتر های مختلف در مدل سازی مورد بررسی قرار خواهند گرفت. نتایج با صفر کردن پارامترهای محفظه ی جدید در مدل و مقایسه آنها با نتایج تحقیقات منتشر شده اعتبار سنجی خواهند شد. بر این اساس ایجاد تغییرات اثرات سوئی بر عملکرد ارتعاشی دسته موتور توسعه یافته نخواهند داشت. از دیگر موضوعات نقش صفحه بل در بهبود عملکرد دسته موتور توسعه یافته خواهد بود که با افزودن آن در مدل ریاضی و بازنویسی مجدد معادلات و حل آن ها در متلب نتایج مبین این واقعیت خواهند بود که در فرکانس های بالا صفحه ی بل نقش موثری در کاهش سختی دینامیکی خواهد داشت. در انتها نیز با پژوهش بر روی الگوریتم کنترلی، استراتژی کنترلی مناسب مورد بحث قرار خواهد گرفت.

محاسبه تنش های میان لایه ای با دقت بالا و بررسی اثرات لبه در حوالی گوشه ها و در محل اتصال لایه های مختلف در سازه های کامپوزیتی ضخیم نیازمند تحلیل تنش سه بعدی بوده و به کارگیری تئوری های ساده ای نظیر تئوری تک لایه معادل، نتایج با دقت بالایی را در بر ندارد. از این رو، نیاز به استفاده از روش های تحلیل تنش سه بعدی نظیر تئوری الاستیسیته سه بعدی یا تئوری های لایه ای برای یافتن پاسخ های با دقت بالا غیر قابل انکار است. از آنجا که به کارگیری تئوری الاستیسیته سه یعدی برای این گونه مسایل به دلیل پیچیدگی بسیار زیاد این روش امکان پذیر نیست، تئوری لایه ای کامل با در نظر گرفتن اثرات ضخامت و ارائه میدان تنش پیچیده سه بعدی در لبه ها به عنوان روشی قدرتمند در تحلیل سازه های کامپوزیتی (ضخیم) معرفی شده است. این پایان نامه با هدف بررسی اثرات لبه و امکان جدایش در محل اتصال لایه های مختلف در اتصالات چسبی و غیرچسبی کامپوزیتی با لایه گذاری عمومی به ارائه پاسخ های تحلیلی برای تنش های میان لایه ای در حالت تعادل ترموالکترومکانیکی ایستا می پردازد. در این روش، پس از تقسیم بندی ضخامت اتصال به لایه های ریاضی و اعمال میدان جا به جایی تئوری لایه ای کامل، دستگاه معادلات حاکم بر تعادل با استفاده از اصل حداقل انرژی پتانسیل کل و با به کارگیری لم اساسی حساب تغییرات استخراج شده و با رویکرد فضای حالت به صورت تحلیلی حل می شوند. در این پایان نامه، برخی انواع پیکربندی های متداول در این اتصالات نظیر اتصالات نواری، تک لبه و دولبه با شرایط مرزی مختلف و بارگذاری های مکانیکی نظیر کشش تک محوره و خمش، بارگذاری حرارتی نظیر بار یکنواخت دمایی و انتقال حرارت یک بعدی پایا، بارگذاری الکتریکی اتصال وصله ها و تیرهای پیزوالکتریک با لایه گذاری و موقعیت مختلف اتصال و نیز اثر وجود عیب ساختاری در لایه چسب (حفره) مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش، پاسخ های تحلیلی با دقت بالا شامل توزیع تنش های میان لایه ای عمودی (پوست کن شدن) و برشی در راستای خطوط اتصال، در داخل ناحیه اتصال و نیز در راستای ضخامت لایه چسب و ضخامت اتصال به دست آمده اند. نتایج پژوهش حاضر با پاسخ های تحلیلی برخی از پژوهش های دیگر و نیز حل عددی به روش اجزای محدود به کمک نرم افزار تجاری abaqus اعتبارسنجی گردیده و همگرای پاسخ ها در تحلیل های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. پاسخ های به دست آمده، که از صحت و دقت بالای روش ارائه شده و همگرایی بسیار سریع پاسخ ها حکایت دارند، می توانند به عنوان ابزاری برای سنجش صحت و دقت دیگر روش های تحلیلی و عددی استفاده شوند.

در پژوهش پیش رو ناپایداری کشیدگی درون در میکروتیرهای دوسرگیردار تحت تحریک نیروی الکترواستاتیکی و با در نظر گرفتن تاثیرات فشار هوای محیط اطراف آن مورد بررسی قرار می گیرد. میکروتیر در نظر گرفته شده بر اساس مدل غیرخطی تیر اویلر-برنولی و با در نظر گرفتن اثرات کشش غیرخطی صفحه میانی و با احتساب نیروی محوری موجود در آن شبیه سازی می-شود. معادلات حاکم بر میکروتیر با استفاده از اصل همیلتون استخراج خواهد شد. همچنین معادلات حاکم بر تغییرات فشار هوای محیط اطراف با در نظر گرفتن یک حجم کنترل و نوشتن معادله بقای جرم برای المان حجمی در نظر گرفته شده، استخراج خواهد شد. به منظور بررسی تاثیر فشار هوای محیط اطراف بر پاسخ دینامیکی میکروتیر معادلات حرکت میکروتیر و معادله فشار هوا به صورت همزمان حل می شوند. برای حل معادلات استخراج شده، از روش تربیعات تفاضلی برای بسط جملات مکانی و با اعمال شرایط مرزی مساله در جملات بسط یافته استفاده می شود. همچنین از روش نیومارک برای بسط ترم های زمانی و حل معادلات در حیطه زمان استفاده خواهد شد. نتایج حاصل از تحلیل عددی صورت گرفته با داده های آزمایشگاهی و سایر نتایج موجود صحه گذاری می شوند. همچنین نتایج حاصل از حل خطی و غیرخطی معادله رینولدز به همراه معادله اویلر برنولی استخراج و مقایسه خواهد گردید. در نهایت نمودارهای جامعی برای پیش بینی فشار حاکم بر سیستم با داشتن پارامترهای بی بعد سیستم ارائه خواهد شد.

دراین پایان¬نامه با استفاده از روش¬های تحلیلی و عددی، رفتار تئوری¬های غیرکلاسیک در سیستم¬های میکرو/ نانو الکترومکانیک مطالعه می¬گردد. در ابتدا سه تئوری معتبر غیرکلاسیک شامل تئوری¬های لرد-شلمن، گرین-لیندسی و گرین- نقدی نوع با در نظر گرفتن شرایط آدیاباتیک و ارتعاشات هارمونیک برای تیر دو سرگیردار مورد مطالعه قرار می¬گیرد. بر اساس روشی تحلیلی و بر پایه معادلاتی استاندارد، رابطه¬ای صریح برای معکوس ضریب کیفیت (میرایی ترموالاستیک) تئوری¬های غیر کلاسیک ارائه می¬شود. سپس، دقت تئوری¬های مذکور در تیرهای میکرو/نانو الکترومکانیک مورد بررسی قرار می¬گیرد. بر این اساس از دو رابطه زنر و حل دقیق لیفشیتز و روکس بهره گرفته می¬شود و مشاهده می¬گردد که تئوری گرین- نقدی نوع از دقت بیشتری برخوردار می¬باشد. همچنین در شرایط آدیاباتیک، تأثیر پارامترهای مختلف نظیر طول، عرض، ضخامت، نسبت¬های ابعادی، مودهای ارتعاشی و دما بر رفتار میرایی ترموالاستیک مورد بررسی قرار می¬گیرد. در مرحله¬ای دیگر از این پژوهش، تیر نانو الکترومکانیک با استفاده از تئوری گرین-نقدی نوع (تئوری غیر کلاسیک منتخب) در شرایط بارگذاری حرارتی یا تغییرات دمایی، به کمک روش اجزاء محدود مورد مطالعه قرار گرفته است. ابتدا دقت حل با مقایسه نتایج برای تئوری گرین-نقدی نوع (بدون اتلاف انرژی) و مقایسه نتایج آن با داده¬های تحلیلی، ارزیابی می¬گردد. سپس تأثیر شیب¬های حرارتی مختلف در اثر تغییرات دمایی سریع مورد بررسی قرار می¬گیرد. افزایش این متغیر موجب افزایش دامنه پارامترهایی از قبیل خیز، توزیع تنش و توزیع دما در طول تیر می¬شود. این افزایش در تئوری گرین-نقدی نوع در مقایسه با نوع بیش تر می¬باشد. افزایش بیش از حد هریک از پارامترهای فوق نیز موجب اختلال در عملکرد سیستم¬های نانو الکترومکانیک می¬شود. همچنین افزایش شیب حرارتی، موجب افزایش نرخ میرایی ترموالاستیک می¬شود. بنابراین افزایش شیب حرارتی موجب کاهش طول عمر سیستم¬های نانو الکترومکانیک می¬شود.

چکیده در دهه¬های اخیر نگرش جدیدی در طراحی و ساخت بازوهای مکانیکی رخ داده است. این نگرش که کاهش هزینه¬های طراحی و ساخت و کاهش مصرف انرژی را دنبال می¬کند، به دنبال استفاده از لینک¬های انعطاف¬پذیر بجای لینک¬های صلب می¬باشد. از طرفی ربات¬های با وزن کمتر قابلیت حرکت با سرعت و شتاب¬های بالاتری را دارند. اما ربات¬ها در اثر این کاهش سفتی ارتعاش می¬کنند که باید بررسی شود. هدف کلی این پایان¬نامه، ارائه مدل تحلیلی و حل تحلیلی- تقریبی برای دینامیک و ارتعاشات ربات¬هایی است که لینک¬های انعطاف¬پذیر آنها مفصل کشویی داشته باشند. مدلسازی دینامیکی مکانیزم¬های انعطاف¬پذیری که در آنها بیش از یک مفصل کشویی فعال یا غیر فعال روی لینک¬های انعطاف¬پذیر بلغزند، با استفاده از روش¬های تحلیلی یا تحلیلی- تقریبی به ندرت انجام شده است. مدلسازی این نوع از مکانیزم¬ها حتی با استفاده از روش اجزاء محدود نیز کمتر مورد توجه قرار گرفته است. به خصوص در مورد ربات¬های موازی و حتی ربات¬های سری با چندین مفصل کشویی روی لینک¬های انعطاف¬پذیر گزارشی ارائه نشده است. لذا در این پایان¬نامه، در ابتدا ربات¬های ساده¬تر pp و pr-prp با یک مفصل کشویی روی یک لینک انعطاف¬پذیر ارائه می¬شود. سپس ربات¬های پیچیده¬تر 3-prp ، 3-psp و ppp با چندین مفصل کشویی و لینک انعطاف¬پذیر با استفاده از روش دینامیک مقید مدل می¬شوند. برای مدلسازی مفصل¬های کشویی، قیدهای هندسی که از ترم¬های مشتق اول و دوم بهره می¬برند برای توابع پیوسته مودشیپ نوشته می¬شوند. از این قیدها در روش¬های تحلیلی و به خصوص برای مکانیزم¬ها استفاده نشده است. علاوه بر این برای مدلسازی نقطه اتصال چندین زیرسازه تیرمانند، در حرکت¬های دو بعدی و سه بعدی قیدهای هندسی جدیدی ارائه می¬شوند. برای استفاده از قیدهای هندسی فوق روی توابع پیوسته و مشتق¬پذیر، روش مودهای فرضی معمولی به روش مودهای فرضی مقید توسعه داده می¬شود. انتخاب توابع مودشیپ مناسب برای روش حل مودهای فرضی مقید مورد بررسی قرار می¬گیرد. مدل¬های ارائه شده در این تحقیق اثر متقابل حرکت الاستیک و حرکت صلب ربات¬ها را در نظر می¬گیرند اما به جز برای ربات pp ، در ربات¬های دیگر فقط در حالت¬هایی حل می¬شوند که حرکت الاستیک بر حرکت صلب بی¬اثر است. علاوه بر پاسخ ارتعاشی، نیروهای قیدی و نیروهای راننده ربات¬ها نیز محاسبه می¬شوند. صحت مدل تحلیلی ارائه شده همراه با روش حل مودهای فرضی مقید در مقایسه با مدل اجزاء محدود مورد تأیید قرار می¬گیرند. واژه¬های کلیدی: لینک انعطاف¬پذیر، ربات موازی، ربات سری، مفصل کشویی، روش مودهای فرضی مقید.

عملکردهای مهم زیستی مولکول dna، همچون فشرده سازی، نسخه برداری و تکثیر، تحت تأثیر خواص مکانیکی آن است. خواص مکانیکی dna همچنین در طراحی نانو بلوک های ساختمانی سازه های مولکولی، آزمایش های دست کاری تک مولکول ها و حسگرها و عملگرهای قابل-برنامه ریزی نقش مهمی دارد. یک راه ساده برای بدست آوردن پارامترهای تعیین کننده رفتار مکانیکی dna کشش مولکول های منفرد dna و اندازه گیری تغییرات نیرو برحسب طول موثر مولکول است. در این پژوهش، رهیافت دینامیک مولکولی با دقت اتمی برای کاوش ساختار، پایداری، مکانیزم های گسیختگی و خواص مکانیکی مولکول دورشته ای dna تحت اثر نیروهای کششی به خدمت گرفته شده است. تمرکز مطالعات بر دورشته ای های طول کوتاه بوده است، با این وجود، رفتار کششی مولکول های با طول متوسط نیز مورد بررسی قرار گرفته است. اثرات توالی، سرعت و جهت کشش به صورت مفصل مطالعه شده است. به منظور کشف منشأ رفتارهای متفاوت dna تحت شرایط مختلف کشش، تحلیل های گسترده روی اندرکنش های پیوندهای جفت سازی و پشته سازی بازها انجام شده است. سه نوع مختلف شبیه سازی، شامل محیط حلال ضمنی، محیط حلال صریح و دینامیک مولکولی هدایت شده، اجرا شد. مدل های مختلف حلال ضمنی مورد آزمایش قرار گرفت و یک مدل ترکیبی حلال بُرن تعمیم یافته - مساحت سطح قابل دسترس و دینامیک لانگوینی برای فرآیند کشش dna پیشنهاد شد. مدل ارائه شده ما را قادر ساخت بخشی از اختلاف موجود بین نتایج شبیه سازی ها و نتایج آزمایشگاهی را جبران نموده و نتایجی از نظر کمی نزدیک تر به آزمایش های تجربی به دست آید. نتایج شبیه سازی آشکار کرد که کشش برشی مولکول های دورشته ای dna می تواند، با شکستن همزمان بعضی از پیوندهای هیدروژنی و پشته سازی های برون رشته ای بازها، باعث بروز پدیده کرنش نرمی بعد از نقطه تسلیم گردد. رفتار مکانیکی وابسته به جهت dna بر اثر تغییر توالی dna تغییر می کند. نتایج همچنین نشان می دهد که نیروی نهایی و ضریب تانژانت، در مقایسه با نیروی تسلیم و ضریب کشسانی، به تغییرات توالی بسیار حساس تر هستند. هرچه سرعت کشش کم تر باشد، بی نظمی بیشتری در ساختار dna کشیده شده، و به ویژه در ساختارهای فوق کشیده شده، منتشر می شود. تأثیر مقادیر گام زمانی، شعاع برش، بسامد ضربه، سفتی فنر مجازی و ابعاد جعبه حلال بر نتایج شبیه سازی های کشش مورد تحلیل قرار گرفت. تغییرات بسامد ضربه از مقادیر کوچک به مقادیر بزرگ، تحت سرعت های کشش بالا، می تواند منجر به رفتارهای کششی کاملاً متفاوتی در dna گردد. چنان چه فنرهای مجازی بسیار نرم مورد استفاده قرار گیرد، اطلاعات نامطمئنی در مورد رفتار dna از شبیه سازی های کشش به دست می آید. روش مرسوم دینامیک مولکولی هدایت -شده به وسیله اضافه کردن یک اتم مصنوعی به مدل تصحیح شد، و به منظور روشن کردن برخی از ابهامات موجود در دقت و صحت نتایج آزمایش های میکروسکوپ نیروی اتمی و کشف رفتار مکانیکی dna تحت فرآیند کشش زاویه دار، شبیه ساز های دینامیک مولکولی روی دوازده پاره ای های dna انجام شد. آزمایش های میکروسکوپ نیروی اتمی به طورکلی مقادیر کوچک تری برای نیروی کششی dna پیش بینی می-کنند. کشش dna دورشته ای تحت زاویه های مختلف پاسخ های مکانیکی متنوع و تغییر ساختارهای غیرمعمولی تولید می نماید. اثر توأمان سرعت و زاویه کشش به طور قابل ملاحظه ای پیش بینی رفتار مکانیکی را پیچیده می کند. با این وجود، اگر کشش در زاویه های کوچک تر از 30 درجه شروع شود، خطای ایجاد شده برای پیش بینی نیروی نهایی dna قابل ملاحظه نخواهد بود. ایده شبیه سازی کشش مرحله ای نیز مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان داد که ایده مذکور می تواند، با احتیاط، به جای روش مرسوم تک مرحله ای برای مدل های دینامیک مولکولی شامل یک جعبه آب نسبتاً بزرگ مورد استفاده قرار گیرد.

ازآنجایی که میرایی ترموالاستیک عامل محدودکننده ضریب کیفیت در رزوناتورهای میکرو الکترومکانیکی است، در این پایان نامه با استفاده از روشهای تحلیلی، رفتار دینامیکی این سیستم ها تحت اثر این میرایی با بهره گیری از تئوری های غیر کلاسیک ترموالاستیسیته مطالعه می گردد. در ابتدا با در نظر گرفتن شرایط آدیاباتیک و ارتعاشات هارمونیک برای یک میکرو تیر دوسرگیردار، از حل تحلیلی معادلات ترموالاستیسیته، رابطه ای صریح برای ضریب کیفیت بر مبنای سه تئوری معتبر غیر کلاسیک شامل تئوری های لرد-شلمن، گرین-لیندسی و گرین- نقدی نوع استخراج می گردد. در ادامه این پژوهش، یک میکرو رزوناتور با استفاده از تئوری تیر اویلر برنولی و تئوری لرد-شلمن تحت بارگذاری مکانیکی و حرارتی مدل سازی می شود. سپس معادلات حاکم به کمک یک روش بسیار کارآمد به صورت تحلیلی حل می گردند.

به دلیل هزینه های بالای ساخت و تست هواپیما، طراحی بهینه آن، از اهمیت به سزایی برخوردار است. یکی از اساسی ترین سیستم های هواپیما، که تعریف کننده مفهوم خوش فرمانی است، سیستم کنترل پرواز است. در این تحقیق، سیستم کنترل بهینه پرواز هواپیمای دوسرنشین پرداد که در پژوهشکده فناوری هوایی دانشگاه فردوسی مشهد در دست اجراست، با درنظر گرفتن استانداردهای کیفیت فرمان پذیری طراحی می گردد که شامل سیستم کنترل الویتور، ایلرون و فلپ این هواپیماست. به این منظور، پس از تعیین شمای مکانیزم، روابط سینماتیکی و دینامیکی آن، به صورت پارامتری تشکیل داده شده و برای تعیین مقادیر پارامترها، فرآیند بهینه سازی به روش برنامه ریزی درجه دوم متوالی انجام می پذیرد. قیدهای جانمایی و الزامات استاندارد، به صورت یکپارچه در کد بهینه سازی لحاظ گردیده و سیکل طراحی را کوتاه می نماید، همچنین در این روش، پارامتر موثر در کیفیت فرمان پذیری هریک از سطوح کنترل، به عنوان تابع هدف بهینه سازی درنظر گرفته می شود. از شبیه سازی سیستم در نرم افزار ادمز، به منظور راستی آزمایی نتایج استفاده گردیده است. از دیگر فعالیت های انجام شده در این تحقیق، بررسی نوسانات طولی (بلند دوره و کوتاه دوره) هواپیمای مورد بررسی در نقطه طراحی و همچنین محدوده عملیاتی است. این مقایسه رفتار ضعیف مود نوسانی کوتاه دوره را در برخی از نقاط محدوده ی عملیاتی نشان می دهد. نوآوری این تحقیق نسبت به تحقیقات مشابه در انتخاب پارامتری است که با کمترین تغییر، علاوه بر منتقل کردن نوسانات به محدوده ی قابل قبول، تغییرات نوسانات در محدوده پروازی را نیز حداقل نماید. به این منظور، دو مرحله تحلیل حساسیت انجام پذیرفته که در نتیجه ی هر دو مرحله، کورد بال به عنوان پارامتر بهینه برای تغییر انتخاب می شود.

پژوهش پیش رو روشی نوین و تحلیلی برای بررسی رفتار غیر خطی نانو/میکروصفحات مستطیلی چهارطرف گیردار تحریک شده با اختلاف پتانسیل الکتریکی ارائه می دهد که موجب کاهش زمان و هزینه ی محاسبات و همچنین افزایش دقت و کارآیی در تحلیل رفتار سیستم های نانو/میکروالکترومکانیکی است. در این پژوهش با استفاده از روش انرژی و اصل همیلتون و بر مبنای تئوری صفحات کیرشهف، معادلات حاکم بر حرکت نانو/میکروصفحه با در نظر گرفتن اثرات تغییر دما و تنش های پسماند و همچنین نیروهای گسترده و غیرخطی الکترواستاتیک و کسیمیر، استخراج شده است. پس از آن شکل مود ارتعاشی صفحه به صورت تحلیلی با روش کانتروویچ توسعه یافته بدست آمده و با استفاده از آن به عنوان تابع تقریبی در روش گلرکین، مدل کاهش مرتبه یافته ی تک جمله ای ارائه شده است. رفتار استاتیکی، ناپایداری کششی و ارتعاشات نانو/میکروعملگرهای مستطیلی معمولی و همچنین رفتار نانو/میکروعملگرهای مستطیلی دارای الکترودهای به صورت جزئی تحریک شده، با استفاده از مدل تک جمله ای ارائه شده، تحلیل شده است. همچنین اثر تغییر دما و تنش های حرارتی حاصل از آن بر روی رفتار نانو/میکروعملگر بررسی شده است. یافته های پژوهش پیش رو با نتایج تجربی و تئوری موجود با دقت بسیار خوبی صحه گذاری شده اند. مدل کاهش مرتبه یافته ی حاصل به عنوان ابزاری قدرتمند جهت بررسی پارامترهای موثر بر رفتار سیستم های نانو/میکروالکترومکانیکی که تا کنون با دقت مناسب بررسی نشده اند قابل استفاده است و نتایج حاصل از آن در فرآیند طراحی و یا بهینه سازی نانو/میکرو عملگرهای مستطیلی اثربخش می باشد

چکیده ندارد.

امروزه توجه روز افزون به مواد هدفمند به علت کاربردهای صنعتی به ویژه صنایع هوافضا و در سایر مواردی که استحکام بالا, چگالی کم و عدم نفوذ آب مورد توجه باشد رو به رشد است. مواد هدفمند عمدتا بصورت ترکیب سرامیک و فلز میباشند. در این پروژه ارتعاشات آزاد تیر تیموشنکو ساخته شده از مواد هدفمند که ناپیوستگیهای مختلفی دارند مورد تحلیل قرار گرفته است. به علت ماهیت امواج, ارتعاش قابلیت انتشار, انتقال و انعکاس را در سازهها دارد. بر مبنای این ویژگی ارتعاشات، میتوان ماتریس انتشار امواج در طول تیر و ماتریس انعکاس در مرزها و ماتریسهای انتقال و انعکاس در مقطعهایی از تیر که ناپیوستگیهایی از قبیل تغییر در خواص و یا ترک دارند را بدست آورد. با ترکیب این ماتریسها یک راه حل سیستماتیک برای تحلیل ارتعاشات تیرها از جمله مدل تیر تیموشنکو ساخته شده از مواد هدفمند که در این پایان نامه مورد بررسی می باشد، بدست میآید. در این مطالعه برای معادلسازی نرمی یا وارهی تیرهای هدفمند در اثر وجود ترک از دو روش سنجش نرخ رهائی انرژی و نیز تغییر مکان تحت بار آزمون استفاده شده است. در این تحقیق به بررسی تاثیر عواملی از قبیل تغییر مشخصات ساختاری در طول تیر, تغییر خواص در عرض مقطع تیر, اثر عمق و موقعیت ترک روی فرکانس طبیعی تیر تیموشنکو هدفمند, پرداخته شده است. بدین منظور ضمن استخراج ماتریس فرکانسی، نتایج در قالب نمودارهای مختلف تغییرات فرکانس و مود در مقابل پارامترهای مادی و هندسی ارائه شده است. با توجه به نتایج حاصل چنانچه بر پایه شکل یک مود مربوط تیر سالم، ترک در محل گره ارتعاشی قرار گیرد حضور ترک تاثیری بر فرکانس و شکل مود مربوطه ایجاد نخواهد کرد.

پارامترهای بسیاری بر توزیع تنش اطراف گشودگی در صفحات حاوی گشودگی که تحت کشش قرار گرفته اند؛ تاثیرگذار هستند. زاویه چرخش گشودگی، زاویه الیاف، زاویه بار و انحنا و شکل گشودگی از متغیرهای طراحی به شمار می آیند که باعث تغییر در توزیع تنش اطراف گشودگی می شوند. در این پایان نامه به وسیله روشهای تحلیلی و الگوریتم ژنتیک، پارامترهای بهینه مربوط به صفحات همسانگرد/غیرهمسانگرد حاوی گشودگی مرکزی، به منظور دستیابی به کمترین تنش ممکن تعیین می شوند. حل تحلیلی ارائه شده در پایان نامه، بر اساس تئوری لخنیتسکی برای صفحات غیرهمسانگرد تحت کشش و حاوی گشودگی مرکزی است. در این پایان نامه با استفاده از تئوری متغیر مختلط، روش لخنیتسکی برای توانایی تحلیل تنش گشودگی با اشکال مختلف بسط داده شده است. تاکنون هیچگونه تحقیقی در زمینه تاثیر تمامی پارامترهای موثر بر توزیع تنش در کنار یکدیگر، معرفی گشودگی و پارامترهای بهینه در دستیابی به تنش کمینه از روش تحلیلی و الگوریتم ژنتیک و بررسی معیار شکست برای گشودگی شبه مربعی صورت نگرفته است. این موضوعات در این پایان نامه بطور کامل مورد مطالعه قرار گرفته اند. برای بررسی صحت نتایج حاصل از حل تحلیلی، در مواردی این نتایج با نتایج عددی مقایسه شده اند. به خوبی نشان داده شده است که نتایج تحلیلی با نتایج عددی کاملاٌ همدیگر را تایید می کنند. نتایج نشان می دهند که توزیع تنش به پارامترهای مختلفی بستگی دارد و انتخاب صحیح این پارامترها منجر به کمترین تنش ممکن می شود که از گشودگی دایره ای نیز کمتر خواهد بود.

در مطالعه حاضر با استفاده از تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول، ارتعاشات آزاد و اجباری صفحات مستطیل شکل کامپوزیتی با لایهگذاری¬های متعامد و زاویهدار پاد متقارن بررسی و فرکانسهای طبیعی ارتعاش و توزیع تنشهای بین لایهای تحت بارگذاریهای دینامیکی محاسبه شدهاند. در روش تحلیلی ارائه شده، علاوه بر احتساب اثر کلیه اینرسیهای دورانی، تغییر ضخامت صفحه، که تأثیر بسیار مهمی در تعیین توزیع مؤلفههای تنش بین لایهای داراست، منظور شده است. معادلات حرکت با استفاده از اصل همیلتون استخراج و فرض شده است که دو لبه موازی ورقهای مورد بحث مقید به تکیهگاههای ساده بوده و شرایط مرزی دو لبه دیگر اختیاری باشد. برای حالت ارتعاشات آزاد، معادلات حرکت به صورت تحلیلی و به کمک رهیافت فضای حالت حل شده اند و در مورد ارتعاشات اجباری، تابع جابجای با استفاده از نتایج ارتعاشات آزاد و اصل تعامد محاسبه و تابع زمان با کمک تبدیل لاپلاس و انتگرال کانولوشن تعیین شدهاست. ابتدا فرکانس و شکل مد برای ارتعاشات آزاد و پاسخ زمانی برای ارتعاشات اجباری محاسبه و سپس تنشهای بین لایهای با انتگرالگیری در راستای ضخامت از معادلات حرکت و اعمال شرایط مرزی تعیین میشوند. برای اطمینان از صحت و دقت نتایج به دست آمده در این مطالعه، نتایج عددی با نتایج موجود در مراجع مختلف و در مواردی که مرجعی برای آن در دست نبوده است با نتایج اجزاء محدود مقایسه شدهاست. مشاهده میشود که تطابق بسیار خوبی بین نتایج حاصل از این روش و نتایج موجود وجود دارد.

در تحقیق حاضر، بهینه سازی اتصالات چسبی ساده با صفحاتی از جنس مواد هدفمند در دو شرایط ارتعاش آزاد و بارگذاری کششی بررسی شده است. در این راستا، با استفاده از رویکرد طراحی آزمایشات و روش اجزای محدود، پارامترهای خروجی هر مسأله استخراج شده است. در مسأله ی اول که ارتعاش آزاد اتصال چسبی مورد نظر بوده، این پارامترها شامل فرکانس طبیعی و انرژی کرنشی مودال است. در مسأله ی دوم به تحلیل تنش اتصال چسبی تحت بارگذاری کششی پرداخته که در آن پارامتر مطلوب خروجی، تنش فون میسز اتصال است. پس از دریافت نتایج حل اجزای محدود، با کمک تحلیل آماری مدل های رگرسیونی مناسب جهت ارتباط دهی پارامترهای خروجی به متغیرهای طراحی شامل هندسه ی اتصال چسبی و جنس ماده ی هدفمند، بدست آمده است. در بخش پایانی این تحقیق، مدل های پیشنهادی در قالب توابع هدف در فرآیند بهینه سازی بکار گرفته شده اند تا به کمک روش الگوریتم ابتکاری تبرید تدریجی، سطوح پارامترهای بهینه ی برای هر مسأله، مشخص شوند. نتایج عددی حل اجزای محدود در هر دو مسأله ی تحت بررسی با تحلیل های عددی و یا تحلیلی ارائه شده در مراجع معتبر مقایسه شده اند. همچنین، جهت صحه گذاری دقت مدل های رگرسیونی از نتایج حل اجزای محدود استفاده شده و برای اعتبار فرآیند بهینه سازی، روش شمارش صریح انتخاب گردیده است. در تمامی مراحل مطالعه ی انجام شده، تطابق بسیار مناسبی مابین تحلیل های ارائه شده و مراجع اعتبارگذاری مشاهده می شود.