تاکنون روش های مختلفی برای بهینه سازی شکل و ساختار سازه های مکانیکی ارائه شده است. یکی از این روش ها رویکرد رشد سازگار بیولوژیکی است. در این رویکرد از رفتار طبیعت و به ویژه درختان الهام گرفته می شود. یکی از اصول مهم در رفتار درختان اصل رشد سازگار بیولوژیکی است که بیان می کند در سازه های بیولوژیکی، رشد سازه با بارگذاری های مختلف وارد بر سازه متناسب خواهد بود. بدین معنا که قسمت هایی از سازه که تحت بارگذاری بیشتر و یا تحت تنش بیشتر است دارای سطح مقطع بیشتری خواهد بود و یا از ماده سخت تر و مستحکم تری ساخته می شود. در این پایان نامه دو الگوریتم بهینه سازی به شیوه ای نوین پیاده سازی شده است. الگوریتم پیشنهادی اول که به بهینه سازی شکل می پردازد و به منظور کاهش تنش های بیشینه و یا حذف تمرکز تنش و افزایش عمر خستگی ارائه شده، به سازه های مختلفی همچون انواع صفحات با سوراخ مرکزی و نیز انواع فیلت ها اعمال شده است. نتایج نشان می دهد که عمر خستگی صفحه با سوراخ مرکزی در حالت بهینه تا 40 برابر افزایش می یابد. همچنین تنش های بیشینه تا 83 درصد کاهش یافته که این مقدار نیز نسبت به نتایج پیشین 5/58 درصد کمتر شده است. و نیز تنش ها تا 2 برابر یکنواخت تر شده اند. الگوریتم دوم که الگوریتم حذف نرم است و به منظور کاهش حجم و یا وزن سازه ارائه شده، به بهینه سازی ساختار می پردازد و به یک تیر مستطیلی، یک تیر مخروطی و نیز یک تیر با سطح مقطع متفاوت اعمال شده است. نتایج نشان می دهد که این الگوریتم می تواند حجم سازه را به طور قابل توجهی کاهش دهد که نتایج آن نسبت به پژوهش های پیشین 7/66 درصد برتری داشته است.

چکیده بهینه سازی تکاملی سازه ها (eso) بر مبنای مفهوم ساده ی حذف سیستماتیک مواد غیرکارآمد از سازه بعد از هر تحلیل اجزای محدود است به طوری که نتایج به دست آمده در هر مرحله به سمت طرح بهین پیش می روند. بهینه سازی تکاملی سازه ها با راهبرد افزودنی (beso)شکل بهبودیافته ی روش eso است که علاوه بر حذف المان در هر مرحله توانایی اضافه کردن المان را هم دارد. تا کنون فرایند حذف و اضافه کردن المان با روش های مختلف و برای انواع معیارهای بهینه سازی انجام شده است. در این پایان نامه فرایند بهینه سازی برای مواد الاستیک و الاستوپلاستیک با فرض کارسختی همسانگرد با دو معیار سختی و تنش معادل ون میزز انجام می شود. یک روش جدید برای فرایند حذف و اضافه کردن المان معرفی می شود. کارایی روش های eso و beso با به کار بردن آن ها بر روی چند مساله بهینه سازی اثبات می شود و نتایج به دست آمده با در نظر گرفتن هر دو معیار در حالت های الاستیک و الاستوپلاستیک با یکدیگر و با نتایج به دست آمده با روش معیار بهینگی adaptive مقایسه می شود. شکل طرح بهین با استفاده از روش های eso کلاسیک با روش جدید با بهبودی که در فرایند حذف و اضافه پیشنهاد شده با در نظر گرفتن هر دو معیار کم و بیش مشابهند. اما زمان لازم برای انجام فرایند بهینه سازی در روش جدید کمتر از روش کلاسیک است که این تفاوت به ویژه در حالت الاستوپلاستیک قابل ملاحظه است. همچنین شاخص عملکرد با در نظر گرفتن هر دو معیار سختی و تنش در روش پیشنهادی بهتر از روش های کلاسیک است. نتایج به دست آمده معادل بودن دو معیار تنش و سختی در هر دو حالت الاستیک و الاستوپلاستیک را نتیجه می دهد و این دو معیار می توانند به جای هم به کار روند.

صفحات عایق اتصال دهنده ی ریل ها، یکی از اجزا مهم و پرکاربرد در خطوط ریلی می باشند. عملکرد اصلی صفحه عایق اتصال، تقسیم بندی خطوط ریلی به مدارهای الکتریکی مجزا در عین حفظ یکپارچگی مکانیکی آن می باشد. سفتی خمشی صفحات اتصال به مراتب از سفتی خمشی ریل کمتر است. این مساله به همراه ناپیوستگی موجود در ریل در مکان صفحه اتصال، منجر به افزایش نیروهای دینامیکی چرخ به ریل و در نتیجه بیشتر شدن خیز صفحه و به نوبه خود افزایش تنش در آن می گردد که نتیجه آن خرابی زود هنگام اتصال و زیر ساخت های خطوط ریلی در آن منطقه می باشد. این قطعه به دلایل مختلف دچار از کارافتادگی می شود. خرابی مکانیکی، یکی از دلایل معمول از کارافتادگی این قطعه می باشد که به خاطر به وجود آمدن تنش های بالا در آن، ترک خورده یا می شکند. در این پروزه ابتدا با مدل سازی کامل چرخ، ریل و صفحه اتصال و با انجام تحلیل صریح ls-dyna نرم افزار ansys، آنالیز دینامیکی مجموعه انجام شده و مقدار ماکزیمم تنش فون مایز و عوامل موثر در آن و همچنین گستره تنش در بدترین حالت به دست می آید. سپس با در نظر گرفتن صفحه عایق اتصال به تنهایی و با اعمال شرایط مرزی و بارگذاری های مختلف، مدل ساده شده استاتیکی آن که از لحاظ گستره تنش با نتایج حاصل از تحلیل دینامیکی مطابقت دارد به دست می آید. از مدل ساده شده برای بهینه سازی ساختار صفحه اتصال استفاده می شود. برای انجام تحلیل بهینه سازی از زبان برنامه نویسی ماکروی نرم افزار ansys و روش eso با معیار انرژی کرنشی استفاده شده است. در این روش ابتدا قسمت هایی از سازه که نمی توانند تحت تغییر شکل احتمالی قرار گیرند مشخص شده و سپس شکل بهینه آن برای تحمل تنش بهتر تحت بارگذاری و شرایط قیدی مشخص شده به دست می آید. نتایج به صفحه ای با 30 درصد حجم کمتر و 28 درصد تنش فون مایز بیشینه کمتر نسبت به نمونه اولیه صفحه اتصال، منجر شده است.

بهینه سازی سازه ها یکی از مسائل مورد علاقه در بررسی مسائل مربوط به سازه هاست. این مبحث با بهینه سازی جنبه های مختلفی مانند وزن، سختی، فرکانس های طبیعی و از این قبیل سر و کار دارد. بیش از چند دهه از پایه ریزی روش های بهینه سازی مربوط به سازه های پیوسته نمی گذرد و طی این مدت، روش های کارایی برای انجام این امر پیشنهاد گردیده اند. بهینه سازی تکاملی سازه ها (eso) یکی از روش های پیشنهاد شده می باشد که طلیعه پژوهش های مربوط به آن به اوایل دهه 90 میلادی باز می گردد. کاربردهای این روش در بهینه سازی مسائل مختلف، در دو دهه اخیر و در طی پژوهش های متعددی نشان داده شده است. از بارزترین وجوه متمایز کننده این روش با دیگر همتایانش می توان به منطق ساده و همچنین فرایند پیاده سازی بدون پیچیدگی آن اشاره نمود. با اینکه جواب های بهینه به دست آمده توسط این روش، تاکنون رضایت بخش بوده اما تا به حال همگرایی این روش به طور دقیق به اثبات نرسیده است. این رساله، پژوهشی در مورد میزان کارایی این روش در حل مسائل جدید و همچنین برآورد کَمّی دقت جواب های تولید شده توسط آن می باشد. از این دیدگاه، کارهای انجام گرفته در رساله پیش رو را می توان به دو قسمت کلی تقسیم نمود. در قسمت اول، سعی گردیده است که قابلیت استفاده از روش eso در مورد سازه هایی که از مواد صلب-پلاستیک کامل و همچنین مواد هدفمند (fgm) ساخته شده اند، نشان داده شود. در این قسمت، جواب های عددی به دست آمده توسط روش eso با جواب تحلیلی و همچنین جواب های به دست آمده توسط الگوریتم ژنتیکی مقایسه گردیده است که مقایسه های انجام شده، مویّد همگرایی این روش به جواب بهینه و همچنین بهتر بودن جواب های آن نسبت به روش الگوریتم ژنتیکی می باشد. در قسمت دوم، روش eso بر روی مسائل بهینه سازی سازه ای که دارای جواب تحلیلی می باشند اجرا شده و جواب های عددی به دست آمده با جواب های تحلیلی مقایسه گردیده اند. از این رهگذر می توان به یک برآورد کَمّی در مورد میزان دقت جواب های عددی به دست آمده از روش eso دست یافت. این مسائل به گونه ای انتخاب شده اند که توابع مهم و پرکاربردی مانند وزن سازه، فرکانس های طبیعی سازه، سختی سازه و خیز کلی آن را شامل شود. جواب های عددی به دست آمده در این قسمت نیز مویّد کارایی و دقت این روش در دستیابی به جواب بهینه می باشد. همچنین در این قسمت، یک شاخص عملکرد که بر اساس معیار بهینگی استوار است پیشنهاد شده که با استفاده از آن می توان همگرایی روش eso به سمت جواب بهینه را در طی چرخه های آن، پایش نمود.

روش بهینه سازی تکاملی سازه ها(eso) برمبنای یک مفهوم ساده معرفی شده است، که به کمک حذف تدریجی مواد نا کارآمد از سازه می توان آن را بهینه نمود. اما بهینه سازی فقط بر مبنای حذف، روش را به سمت محلی شدن سوق می دهد. روش بهینه سازی تکاملی دوجهتی سازه ها (beso) شکل بهبود یافته روش eso ، شامل حذف واضافه نمودن المان ها است . این روش هم نمی تواند سازه را از حالت محلی شدن خارج نماید زیرا اضافه کردن المان ها تنها در اطراف المان های موجود بدون در نظر گرفتن شایستگی واقعی آنها ایجاد می شود. با تلفیق عملگرهای الگوریتم ژنتیک با بهینه سازی تکاملی سازه ها شکل جدیدی از الگوریتم بدست آمده که geso نامیده می شود. که این الگوریتم از مزیت الگوریتم ژنتیک در پیدا کردن جواب های کلی سود برده است. . در روش geso طراحی از یک دامنه کامل شروع می شود یعنی تمام المان ها در ابتدا وجود دارند وتمامی المان های موجود یک جمعیت را مشخص می نمایند. در ابتدا سازه بوسیله یک برنامه ی تحلیل المان آنالیز می شود و عدد حساسیت المان ها مشخص می شود. پس از آن اعداد حساسیت رتبه بندی شده، و به عنوان تابع برازندگی معرفی می شوند. بدیهی است هر المانی که بیشترین عدد حساسیت را دارا باشد رنک بالاتری را به خود اختصاص می دهد. المان های که دارنده بالاترین رنک هستند باقی می مانند والمان هایی که پایین ترین رنک را لحاظ نموده اند مستعد حذف شدن می باشند. به این ترتیب که به هر المان، کروموزمی به طول اختیاری داده می شود. به تمامی ژن های هر کروموزم در ابتدا عدد یک اختصاص داده شده است. پس از تحلیل سازه با یک برنامه المان محدود اعداد حساست رنک بندی می شوند و عملگر های انتخاب ،جهش و تزویج، بر روی کروموزم های هر المان اعمال می شود. تنها وقتی که تمامی ژن ها هر المان صفر شود آن المان حدف خواهد شد.به این ترتیب که المان های برازنده تر با شانس بالایی باقی خواهند ماند و المانی که برازندگی کمتری داشته باشد با احتمال قوی تری حذف می شود. در واقع فرایند جهش و ازدواج در روشgeso این الگوریتم را برای پیدا کردن جواب های کلی یاری نموده است.

با توسعه و پیشرفت روز افزون روشهای ماشینکاری، کاربرد روشهای بهینهسازی در فرآیندهای ماشینکاری فلزات برای بالا بردن کیفیت قطعات و رقابت در بازار ضروری و سودمند به نظر می رسد. یکی از پارامترهای مهم کیفیت قطعه ماشینکاری شده زبری سطح آن قطعه می باشد. هرچه زبری سطح قطعه کمتر باشد کیفیت سطح آن بالاتر است. در این پژوهش به مطالعه بهینه سازی پارامترهای ورودی فرآیند فرزکاری انگشتی برای رسیدن به زبری سطح مینیمم پرداخته شده است. 5 پارامتر از فرآیند فرزکاری برای مینیمم کردن زبری سطح مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، با انجام یک سری آزمایش طرح ریزی شده با تکنیک طراحی آزمایشات یک سری داده های ورودی و خروجی به دست آمده و از روش شبکه های عصبی مصنوعی برای مدلسازی فرآیند به کار رفته است. با روش آزمون خطا، معماری 1-6-8-5 به عنوان بهترین معماری برای شبکه عصبی مصنوعی که کمترین خطا را داشت انتخاب شده است. مدل شبکه عصبی مصنوعی ایجاد شده به عنوان تابع هدف الگوریتم ژنتیک به کار رفته است. الگوریتم ژنتیک با بهینه کردن مقادیر پارامترهای ورودی زبری سطح را تا 0.85 میکرومتر کاهش داده است. عملیات بهینه سازی برای سه استراتژی مسیر ابزار به صورت جداگانه اجرا شده و استراتژی چرخشی کمترین زبری را نتیجه داده است. در انتها با استفاده از روش پیش بینی تاگوچی سطوحی که دارای بیشترین نسبت سیگنال به نویز هستند به عنوان سطوح بهینه معرفی شده اند که کمترین زبری سطح را نتیجه می دهند.

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.

این پژوهش کاربرد یک الگوریتم بهینه سازی پایه ریزی شده بر اساس تبرید تدریجی را در بهینه سازی وزن و استحکام سازه های پیوسته دوبعدی ارائه می کند. الگوریتم cmlpsa که الگوریتم تبرید چند نقطه ای- چند سطحی اصلاح-شده نام دارد، یک روش پیشرفته جستجو برای حالت هایی است که هر طرح کاندیدا از میان جمعیتی از نقاط که به صورت تصادفی تولید شده اند، می تواند انتخاب می شود. اصطلاح چند نقطه ای برای همه طرح های عملی و غیرعملی ارائه می شود. افزون بر این cmlpsa دارای یک استراتژی چند سطحی برای حالت های آزمایشی تولید شده به وسیله ادغام همه متغیرهای طرح به صورت یکجا و تک به تک می باشد. در این پژوهش تاثیر شرایط تکیه گاهی، نوع المان بندی، پارامتر حذف المان و سرعت حذف المان به روش الگوریتم cmlpsa در بهینه سازی سازه های پیوسته دو بعدی و سه بعدی بررسی شده و با نتایج تحقیقات قبلی مقایسه می شود. مزیت این روش در مقایسه با روش های دیگر مانند eso، زمان کوتاه تر حل مسئله و ارائه سازه ای با حجم نهایی کمتر و میزان تنش کمتر می باشد.

در این پژوهش روش sa برای بیشینه سازی سختی سازه های دو بعدی مورد استفاده قرار گرفته است. سه مثال در این پایان نامه مطرح شده که عبارتند از صفحه مربعی، صفحه مستطیل شکل و تیر با تکیه گاه ساده (mbb). هدف از این پژوهش تحلیل مسایل با روش بهینه سازی تبرید تدریجی (sa) و بررسی معایب و مزایای آن نسبت به سایر روش های بهینه سازی که توسط پژوهشگران قبلی انجام شده است می باشد. بهینه سازی صفحه مربعی توسط ابوالبشری و فرض حجم ثابت، صفحه مستطیل شکل توسط chu و با فرض کاهش حجم سازه و تیر mbb توسط chu و با فرض کاهش حجم سازه مورد حل و بررسی قرار گرفته است. این پژوهشگران از روش بهینه سازی تکاملی سازه ها (eso) استفاده کرده اند. بهینه سازی شکل صفحات مربعی با وزن ثابت و ضخامت های گسسته، با هدف بیشینه سازی سختی آن ها به کار گرفته شده و نتایج با روش eso مقایسه شده است. در این پژوهش پنج مجموعه ضخامت صفحه گسسته، یعنی صفحات با سه، پنج، هفت، نه و یازده ضخامت بررسی شده است. در شکل های بهینه به دست آمده، تغییر مکان نقطه هدف تا %50 کاهش یافته است. دو مثال دیگر یعنی صفحه مستطیل شکل و تیر mbb نیز همانند صفحه مربعی با روش sa و قید ثابت ماندن وزن مورد حل و بررسی قرار گرفته است. در این پایان نامه روش sa برای بهینه سازی صفحه مربعی با هدف کمینه کردن تغییر مکان مرکز صفحه، صفحه مستطیل شکل با هدف کمینه کردن تغییر مکان انتهای صفحه و تیر mbb با هدف کمینه کردن تغییر مکان وسط تیر ارایه می شود، که در هر سه مورد وزن سازه ثابت فرض شده است. برای این منظور برنامه ای کامپیوتری در محیط نرم افزار matlab نوشته شده که ضمن تحلیل، ضخامت صفحه ای مربعی را با دو نوع بارگذاری متمرکز و گسترده با تکیه گاه های مفصلی و یا گیردار با قید ثابت ماندن وزن برای داشتن تغییر مکان کمینه بهینه می نماید. در حل صفحه مربعی در بهترین حالت که مربوط به صفحه با 3 ضخامت، بار گذاری گسترده و تکیه گاه گیردار می باشد جواب sa حدود %7 بهتر از جواب eso شده است. در صفحه مستطیل شکل جواب sa حدود %4 بهتر از جواب eso در هر دو حالت 3 و 5 ضخامت میباشد. در تیر mbb جواب حاصل از روش eso حدود 3 درصد بهتر از جواب حاصل از روش sa است.

شبیه سازی نانو مقیاس رفتار مکانیکی یک مولکول تکی ایمونوگلوبولین تیتین (i27) بر اساس تعریف تنش ویریال و با استفاده از روش دینامیک مولکولی انجام شده است. جهت در نظر گرفتن درستی بحث های جنجال برانگیز در مورد تعریف تنش ویریال، هر دو ترم جنبشی و پتانسیل در محاسبات وارد شده است. نتایج نشان می دهد که، به حساب آوردن ترم جنبشی در محاسبات تنش ویریال به نوع مسأله بستگی دارد. در مورد خواص مکانیکی به خصوص مدول الاستیسیته، می توان از جمله جنبشی صرفنظر نمود و ترم پتانسیل تنش ویریال را هم ارز تنش کوشی در مقیاس ماکرو دانست. در منحنی تنش - کرنش به دست آمده طبق انتظار الگوی دندانه اره ای مشاهده شد. مدول یانگ برابر با 0/7±0/1 gpa به دست آمد، این مقدار با نتایج گزارش شده در مورد مدول یانگ پروتئین های کروی هم خوانی دارد. علاوه بر این، اثر دما، نرخ کرنش، اندازه بزرگی نیروی خارجی و نهایتاً تاثیر وجود آب بر روی خواص مکانیکی پروتئین i27 نظیر مدول الاستیسیته و تنش تسلیم مطالعه شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، با افزایش دما بین محدوده 53 تا 523 کلوین تنش تسلیم به طور غیر خطی و مدول یانگ به صورت تقریباً خطی کاهش پیدا می کند. در مورد تاثیر نرخ کرنش مشاهده گردید که مدول یانگ، تنش تسلیم و کرنش تسلیم وابسته به نرخ کرنش بوده و تمام آن ها با افزایش نرخ کرنش با شدت های متفاوتی کاهش پیدا می کنند. نتایج نشان می دهند که خواص مکانیکی پروتئین به مقادیر کوچک سختی فنر نیروی خارجی حساس نیستند در صورتی که در پاسخ به افزایش مقادیر سختی فنر خواص مکانیکی نیز افزایش پیدا می کنند. با شبیه سازی تست کشش در دو حالت پروتئین قرار گرفته در آب و خلاء نشان داده شد که جهت به دست آوردن رفتار و خواص پایدار، وجود آب پیرامون پروتئین ضروری است. دورنمای این مطالعه استفاده از پروتئین مکانیکی ایمونوگلوبولین در بیو- نانوربات ها به عنوان یک محرک یا المان ساختاری و همچنین استفاده در نانو- کامپوزیت ها در راستای تقویت خواص مکانیکی می باشد.

در این پایان نامه، روش بهینه سازی تکاملی سازه ها بر اساس رویکرد جابه جایی نقاط کنترل در مرز سازه ها ارائه شده است. فیلت ها و ناچ ها مناطق مهمی در قطعات مکانیکی هستند و دارای تمرکز تنش، به خصوص تحت بارگذاری خستگی هستند. آزمایشات نشان می دهد که فیلت و ناچ با شعاع ثابت شکل بهینه نیستند و اغلب تولید تمرکز تنش کرده و عمر خستگی قطعات را تا حد زیادی کاهش می دهند. همچنین توزیع تنش یکنواخت در سطوح بحرانی سازه ها ایجاد ترک اولیه را به تأخیر می اندازد. بنابراین ارزیابی تنش در مرز بحرانی قطعات برای افزایش ضریب اطمینان و بهبود عملکرد آن ها بسیار حائز اهمیت است. هدف این پژوهش پیدا کردن بهترین شکل فیلت و ناچ است به گونه ای که کمترین فاکتور تمرکز تنش را داشته باشد. در این روش بر روی مرز سازه مورد مطالعه تعدادی نقاط کنترل در نظر گرفته شده است و عملیات بهینه سازی بر روی این نقاط انجام می شود. از منحنی اسپیلاین برای مدل سازی مرز سازه استفاده شده است. تنش وان میسز و ترسکا به عنوان معیارهای طراحی انتخاب شده اند. چندین مسئله شامل صفحات سوراخ دار و فیلت های دو بعدی و سه بعدی با استفاده از روش های بهینه سازی تکاملی سازه ها با راهبرد افزودنی و دو جهتی تحلیل شده و با روش های دیگر مقایسه شده و دقت و کارایی الگوریتم های فوق نشان داده شده است.

هدف این مطالعه تحلیل و بررسی تأثیر توزیع ماده، توزیع بار حرارتی، سرعت دورانی و ضخامت شعاعی بر میدان ترموالاستیک ‏‏ دیسک‎ ‎‏ دوار تو خالی ساخته ‏‎ ‎شده‎ ‎‏ از مواد هدفمند است. برای مدل سازی، تعریف ماده، اعمال قیود، بارگذاری و تحلیل، از یک کد ‏جامع به زبان برنامه نویسی پای تون در محیط متلب (‏matlab‏) و از نرم افزار آباکوس (‏abaqus‏)‏‎ ‎برای حل آن بهره برده شده ‏است. کدپایتون برای تعریف ماده به صورت تابع، دیسک را در راستای شعاع به 135 لایه ی مساوی تقسیم می کند. از ‏gui‏ ‏برای ورودی داده ها به کد نوشته شده، استفاده شده است. توزیع مدول یانگ، چگالی و ضریب انبساط حرارتی در راستای شعاع ‏و به صورت تابع بیان می شود؛ ولی تغییرات ضریب پواسون به خاطر تأثیر بسیار کم ثابت فرض می شود. توزیع دما در راستای ‏شعاع دیسک از دو دیدگاه بررسی می شود. در دیدگاه اول با توجه به دمای حالت پایای کاربردهای مختلف، تابع توزیع دما ‏فرض شده و پارامترهای میدان ترموالاستیک محاسبه می شود. در دیدگاه دوم، ابتدا توزیع دما با توجه به شرایط مرزی دمایی ‏در نظر گرفته شده برای دیسک به دست می آید و سپس برای محاسبه ی پارامترهای میدان ترموالاستیک مورد استفاده قرار ‏می گیرد. نتایج نشان می دهد که نحوه ی توزیع بار حرارتی و ماده و همچنین مقدار سرعت دورانی، شعاع داخلی و شعاع خارجی ‏بر میدان ترموالاستیک تأثیر قابل توجهی دارند و می توان با کنترل و تعریف درست این پارامترها میدان ترموالاستیک را برای ‏کاربردهای مختلف، به صورت بهینه طراحی نمود.‏

روش تحلیل ایزوژئومتریک برای اولین بار در سال 2005 توسط هیوز و همکارانش با قابلیت مدلسازی دقیق هندسه و عدم نیاز به شبکه بندی مدل هندسی به عنوان روشی کارآمد به منظور حل معادلات دیفرانسیل معرفی شد. در این پژوهش به معرفی یک راهبرد جدید در چهارچوب روش ایزوژئومتریک به منظور تحلیل ارتعاشات آزاد مسایل الاستیک صفحه ای با مصالح مرکب تابعی پرداخته شده است. راهبرد پیشنهادی که می تواند به عنوان توسعه این روش برای حل مسایل الاستیسته غیر همگن به شمار رود، از یک فرمول بندی ایزوپارامتریک توسعه یافته به منظور تولید هندسه، تقریب حل و مدلسازی تغییرات خواص مصالح استفاده می کند. به دلیل قابلیت مدلسازی همزمان هندسه، توزیع مصالح و تحلیل سازه ای، روش پیشنهادی ابزار توانمندی به منظور مطالعه مدلسازی و تحلیل یکپارچه مواد مرکب تابعی در اختیار می گذارد. در پژوهش حاضر، ابتدا به معرفی مواد مرکب تابعی و بررسی مشکلات موجود در روشهای تحلیل آنها پرداخته می شود. سپس اصول و مبانی روش ایزوژئومتریک به صورت اجمالی معرفی شده و راهکارهای ممکن برای توسعه این روش به منظور تحلیل مسایل با مصالح مرکب تابعی بررسی می شوند. در نهایت، به منظور نمایش کارآمدی روش پیشنهادی در تحلیل ارتعاشات آزاد این دسته از مسایل، چندین مثال عددی ارایه شده و نتایج حاصل با نتایج تحلیلی موجود و نیز نتایج حاصل از روش اجزای محدود مقایسه می شوند. در این پژوهش نشان داده می شود که مشکلات موجود در روش اجزای محدود کلاسیک به منظور حل این مسایل، با به کارگیری روش پیشنهادی تا حد زیادی مرتفع می شوند.

با توجه به توسعه ی روزافزون صنعت هوانوردی، افزایش ایمنی مسافرت های هوایی از اهمیت زیادی برخوردار است. یکی از حوادثی که امنیت سفرهای هوایی را تهدید می کند مسئله ی برخورد پرنده به هواپیماست. بر اساس آمار اعلام شده از سال 1988 تاکنون بیش از 250 نفر در سرتاسر دنیا در اثر برخورد پرنده به هواپیما جان خود را از دست داده اند. خسارت مربوط به آسیب وارده به هواپیماها و تأخیر پروازهای ناشی از برخورد پرنده سالیانه حدود 3 میلیارد دلار تخمین زده شده است. به همین خاطر صنایع هواپیماسازی بر اساس استانداردهای تدوین شده ملزم به طراحی و ساخت هواپیماهای مقاوم در برابر برخورد پرنده هستند. آسان ترین و کم هزینه ترین راه بررسی و تحلیل رفتار سازه ی هواپیما در هنگام برخورد با پرنده استفاده از شبیه سازی های نرم افزاری است. در این پژوهش ابتدا انواع روش های لاگرانژی، اویلری لاگرانژی انتخابی (ale) و هیدرودینامیک ذرات هموارشده (sph) برای مدل سازی مسئله ی برخورد پرنده توصیف و بررسی شده است. سپس با استفاده از این روش ها به شبیه سازی نرم افزاری آزمایش های تجربی برخورد پرنده به یک صفحه ی صلب و هم چنین یک صفحه ی آلومینیومی پرداخته شده است. صحت نتایج مدل سازی از طریق مقایسه ی مقادیر فشار هوگونیوت، کرنش ها و تغییر شکل ها ایجادشده در صفحه ی هدف در شبیه سازی نرم افزاری با نتایج آزمایش تجربی ارزیابی شده است. خروجی های مدل شبیه سازی شده و نتایج آزمون تجربی به اندازه ی کافی به هم نزدیک هستند. پس از حصول اطمینان از صحت نتایج، به مدل سازی برخورد پرنده به سازه ی لبه حمله ی بال هواپیما پرداخته شده است. در مرحله ی بعد با در نظر گرفتن ابعاد و پارامترهای اجزای سازه ی داخل بال نظیر ریب ها، پوسته و اسپار به عنوان متغیرهای طراحی سعی شده است تا مقادیر وزن سازه و تغییر شکل ایجادشده در پوسته ی بال که به عنوان توابع هدف در نظر گرفته شده اند کمینه شود. برای این کار ابتدا با استفاده از روش سطح پاسخ رابطه ی بین متغیرهای طراحی و توابع هدف پیش بینی شده و سپس به کمک الگوریتم ژنتیک چندهدفه بر پایه ی جبهه ی پارتو به کمینه سازی وزن و میزان تغییر شکل سازه ی بال در اثر برخورد پرنده پرداخته شده است. در نهایت به ازای مقادیر مختلف وزن در نظر گرفته شده برای سازه، ابعاد اجزای سازه ی بال به گونه ای تعیین شده اند که بال کم ترین آسیب را پس از برخورد متحمل شود.

در این پژوهش از روش بهینه سازی تکاملی برای تحلیل غیرخطی سازه ها (غیرخطی هندسی، غیرخطی مادی و ترکیب این دو) استفاده شده است و کارایی روشها? eso و beso با به کار بردن آنها بر روی چند مسئله بهینه سازی ثابت شده و نتایج به دست آمده با نتایج به دست آمده با روش معیار simp و روش های بهینه سازی دیگر مقایسه شده است. هدف بخش بعدی این پایان نامه بهینه سازی شکل سازه ها با استفاده از بهینه سازی تکاملی سازه هاست. در تمامی این پژوهش ها از معیار حذف المان در روش بهینه سازی استفاده شده است. در این پژوهش به جای حذف و اضافه کردن المان ها به سازه نقاط کنترل بر روی مرز سازه تعریف شده و عملیات بهینه سازی بر روی این نقاط انجام می شود. مزیت این روش نسبت به رویکرد حذف المان، کاربرد این روش در مسائل مقید و نامقید می باشد.