از سالهای دور، شناسایی عیب در سازه ها از مسائل پراهمیت جامعه بشری بوده است. پیدایش مواد هوشمند باعث گردید تا بتوان بطور هوشمندانه تری در این امر تمرکز نمود. موادی همچون مواد پیزوالکتریک می توانند امواج مکانیکی را در بازه ی فرکانسی وسیعی بصورت گسسته یا پیوسته دریافت کنند و به پالسهای الکتریکی قابل دریافت توسط کامپیوترها تبدیل نمایند. موضوع پژوهش انجام شده با توجه به اینکه از مباحث روز دنیاست، لیکن تفاوتهای اساسی در سازوکار پیدا نمودن عیب دارد. ترانسدیوسرهای پیزوالکتریک که بر اساس امپدانس الکترومکانیکی کار می کنند بطور روز افزون برای ارزیابی سلامت سازه مورد استفاده قرار می گیرند. مفهوم پایه ای این روش ارزیابی ، تغییرات در امپدانس مکانیکی سازه که بواسطه حضور آسیب ایجاد می شود، می باشد. این تکنیک با اعمال تحریک فرکانس بالا توسط عملگر های پیزوالکتریک نصب شده روی سازه و اندازه گیری امپدانس سازه توسط جریان و ولتاژ حاصل از پیزوالکتریک ، به شناسایی عیب های کوچک در سازه می پردازد. هدف این پایان نامه در ابتدا، ارائه روشی مفید برای شناسایی وجود عیب های کوچک با تغییرات انرژی تجزیه پاسخ های دینامیکی سازه با استفاده از آنالیز ویولت در علائم ادمیتانس خروجی از پیزوالکتریک می باشد. در ادامه با استفاده از روشهای آماری مانند روشهای اختلاف میانگین مجذور ریشه و ضرایب همبستگی روی تابع پاسخ فرکانسی حاصل از امپدانس در فرکانس های بالا ، موفق به شناسایی محل ترک در سازه شدیم. هر دو روش بر روی دو مدل تیر یکسرگیردار و دو سر گیردار درشبیه سازی به کار گرفته شد. نتایج شبیه سازی، دقت وکارایی هردو روش را نشان می دهد.

امروزه عیب یابی در سازه های انعطاف پذیر یکی از زمینه های تحقیقاتی ومورد توجه صنعت می باشد. اگر نقص در اسکلت فلزی ساختمان ها، هواپیماها، مصنوعات پرنده، کشتیها وسازه های دریایی به موقع شناسایی وترمیم نشود، احتمال فروریختن و عدم کارایی آن ها وجود دارد. استفاده از اطلاعات ارتعاشی مانند اطلاعات مودال تجربی ، مناسب ترین روش برای عیب یابی سازه های انعطاف پذیر می باشد. این روش یکی از روش های آزمایش غیر مخرب است. هدف این پایان نامه، ارائه روشی برای عیب یابی سازه ها، از طریق اطلاعات مودال به ویژه تابع پاسخ فرکانسی می باشد. در این پایان نامه ضمن مروری بر پژوهش های گذشته، سعی شده است از روش مشتق گیری جدید مربع سازی دیفرانسیل برای به دست آوردن انحنای توابع پاسخ فرکانسی استفاده شود. سپس عیب یابی سازه، از طریق معیار اطمینان بردار پاسخ، با به کاربردن انحنای تابع پاسخ فرکانسی به دست آمده به روش dqm و ریشه انحراف میانگین مربع صورت می گیرد. هردو روش برروی دو مدل سازه تیر یکسرگیردار و دو سر گیردار درشبیه سازی به کار رفته است. نتایج شبیه سازی، دقت وکارایی هردو روش را نشان می دهد. برای تصدیق نتایج شبیه سازی، یک تیر فولادی یک سر گیر دار آزمایش شده است. نتایج به دست آمده از آزمایش نیز مطابق بر نتایج شبیه سازی می باشد.

نیاز روز افزون بشر به پهنای باند بیشتر باعث شده تا تحقیقات وسیعی در زمینه مخابرات نوری صورت گیرد چرا که مخابرات نوری قادر به فراهم سازی پهنای باند بسیار زیاد یا نرخ بالای ارسال می باشد. اما در دهه اخیر توجه چشمگیری به مخابرات نوری در فضای آزاد اختصاص داده شده است. این تکنولوژی بر اساس دید مستقیم بوده و شامل انتقال اطلاعات از یک نقطه به نقطه ای دیگر از طریق ارسال نور در کانال اتمسفر می باشد. مخابرات نوری در فضای آزاد اگرچه قادر به فراهم سازی پهنای باندی در حدود مخابرات نوری با فیبر می باشد ولی مشکلاتی نظیر حفر گودال یا مجوز حق عبور را در پی ندارد. از طرفی پیاده سازی آن به سرعت و با هزینه ای مقرون به صرفه صورت می گیرد. عدم نیاز به مجوز طیف، مخابرات امن، وزن سبک و مصونیت در برابر تداخل های مغناطیسی نیز از دیگر مزیت های این سیستم می باشد. بزرگترین مشکل در تکنولوژی مخابرات نوری در فضای آزاد از کانال انتشارآن ناشی می شود. کانال اتمسفر ناپایدار بوده و ویژگی های آن با تغییر زمان در طول روز، فصل ها و شرایط آب و هوایی تغییر می کند. زمانی که یک اشعه نوری در کانال اتمسفر انتشار می یابد به دلیل وجود ذرات معلق در هوا (مه، دود، ...) و گازها دچار تضعیف می شود. که دربین آنها مه غلیظ سهم زیادی در تضعیف سیگنال نوری دارد. ویژگی دیگر کانال که حتی در آب و هوای صاف نیز عملکرد سیستم را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد اغتشاشات جوی می باشد. اغتشاشات جوی نتیجه مستقیم تغییرات تصادفی دمای اتمسفر می باشد و منجر به نوسانات در دامنه و فاز سیگنال نوری می گردد. اغتشاشات جوی به طور کلی در چهار دسته اغتشاشات ضعیف، متوسط، قوی و اشباع قرار می گیرند. برای توصیف کانال اتمسفر با اغتشاشات جوی چندین مدل ارائه شده است که متداول ترین آنها مدل نرمال لگاریتمی بوده و برای توصیف اغتشاشات ضعیف جوی مورد استفاده قرار می گیرد. به طورکلی برای سیستم مخابرات نوری در فضای آزاد، روش های مدولاسیون مختلفی ارائه شده است که در بین آنها روش های مدولاسیون خاموش –روشن به دلیل سادگی از محبوبیت زیادی برخوردار است ولی برای داشتن عملکرد بهینه در حضور اغتشاشات جوی نیازمند سطح آستانه وفقی می باشد که پیچیدگی های بسیار زیادی را به ساختار گیرنده تحمیل می کند. مدولاسیون موقعیت پالس نیز به دلیل بازدهی توان بالا و عدم نیاز به سطح آستانه وفقی از توجه بسیار زیادی به ویژه در لینک های مخابرات نوری فضای آزاد در خارج از اتمسفر برخوردار است ولی پهنای باند مورد نیاز آن بسیار زیاد می باشد. برای مقابله با این چالش ها، مدولاسیون شدت زیر حامل ارائه شده است اگر چه این مدولاسیون از پهنای باند بیشتری نسبت به مدولاسیون موقعیت پالس برخوردار است و لی به دلیل توان مصرفی زیاد، از بازده توان کمی برخوردار می باشد. در این پایان نامه ضمن معرفی کامل سیستم مخابرات نوری در فضای آزاد (فرستنده،کانال وگیرنده ) ، روش های مدولاسیون مختلف برای اولین بار پیشنهاد شده است. با توجه به تاثیر روش مدولاسیون بر عملکرد این سیستم و محدود بودن توان مصرفی (به دلیل سلامتی چشم و پوست) به منظور بهره مندی از مزایای روش های مدولاسیون موقعیت پالس و شدت زیر حامل، دو روش مدولاسیون به صورت ترکیبی از این دو روش مدولاسیون ارائه شده است. احتمال خطای بیت آن ها محاسبه شده و سپس با نتایج حا صل از شبیه ساز ی این روش ها مقایسه گردیده است. مقایسه روش های ارائه شده در شرایط جوی مختلف با روش های مدولاسیون موقعیت پالس و شدت زیر حامل بیانگر عملکرد مناسب این سیستم نسبت به این دو روش در اغتشاشات قوی می باشد. به منظور افزایش ظرفیت سیستم، زیر حامل های متفاوتی به کار برده شده و احتمال خطای بیت آنها محاسبه شده و علاوه بر مقایسه با نتایج حاصل از شبیه سازی، با روش مدولاسیون شدت زیر حامل با چندین زیرحامل، نیز مقایسه شده است

لایه لایه شدن، یا ترک برداشتن وجه اشتراک بین لایه های کامپوزیت، یکی از مهم ترین نوع آسیب در کامپوزیت های لایه ای تقویت شده با الیاف، با توجه به استحکام بین لایه ای نسبتاً ضعیف آن ها می باشد. با توجه به اهمیت این موضوع در کامپوزیتها و نانو کامپوزیتها در این پایان نامه سعی شده که مدلی بر پایه المان محدود برای هر دو نمونه کامپوزیت و نانوکامپوزیت ارائه شود. از آنجاییکه روش مدل ناحیه چسبنده یکی از مهم ترین ابزار های مورد استفاده برای بررسی شکست بین لایه ای می باشد از این روش برای حل عددی لایه لایه شدن نمونه های کامپوزیت و نانو کامپوزیت استفاده شده است. مدل کامپوزیتی تیر دو سر گیر دار برای آنالیز مودi شکست با استفاده از المان چسبنده که بین دو لایه قرار میگیرد مدل و نمودار بار-جابجایی برای این مدلها با سایز مش های مختلف و همچنین با مقاومت بین لایه ای اصلاح شده رسم شده است. نتایج با نتایج ارائه شده توسط تورن و همچنین با نتایج آزمایشگاهی موجود مطابقت دارد. سپس با همین روش نانو کامپوزیت پلیمری که بین دو لایه آن و در راستای ضخامت آن نانو لوله وجود دارد مدل شد. چون ماتریس در مقیاس میکرو و نانولوله کربنی در مقیاس نانو است روش بکار رفته مولتی اسکیل است، نیروهای بین مولکولی پیوند کووالانسی کربن-کربن به وسیله المان beam4 و نیروهای واندروالسی بین کربن و واحد های --ch2 پلیمر به وسیله المان فنر غیرخطی جایگزین شده است. نمودار بار-جابجایی برای مدل کامپوزیت و نانو کامپوزیت با ابعاد یکسان و همچنین نرخ آزاد شدن انرژی کرنشی و جابجایی بر حسب طول ترک رسم شد. همه این نمودارها بهبود مدل نانو کامپوزیتی را نسبت به مدل کامپوزیتی نشان میدهند. روند مشاهده شده در تمامی این نمودارها با نتایج آزمایشگاهی ارائه شده توسط صادقیان مطابقت دارد. پس از آن به بررسی اثر نوع نانو لوله، درصد حجمی و همچنین تغییر در کایرالیتی پرداخته شد. نتایج نشان میدهد که افزایش کایرالیتی و در صد حجمی باعث افزایش ماکزیمم بار لازم برای جدایش میشود و نانو کامپوزیتی با نانو لوله زیگزاگ مقاومت بیشتری نسبت به لایه لایه شدن در مقایسه با نانو لوله آرمچیر دارد.

در این پایان نامه به بررسی اثر نانولوله کربن بر رشد ترک در نانوکامپوزیت پرداخته شده است. ابتدا روشی جدید برای مدلسازی نانولوله در انسیس ارائه، و خواص آن برای المان تیر براساس مدل لی و چو بیان گردید. نتایج مدول یانگ و برشی نانو لوله کربنی تطابق خوبی با کارهای گذشته داشت. همچنین بررسی شد که هرگونه تغییر شکل نانولوله، موجب کاهش مدول الاستیک آن می گردد. المان حجمی معرف (rve) نانوکامپوزیت با استفاده از تعریف المان فنر غیر خطی برای پیوندهای واندروالس بین نانو و ماتریس مدل گردید. روش چندمقیاسه کلی- محلی برای تحلیل ترک در مواد نانوکامپوزیت ارائه شد، که پس از طی چند مرحله از ابعاد ماکرو به ابعاد نانو می رسیم. جهت بررسی پارمترهای موثر بر افزایش مقاومت ترک متغییر های مختلفی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که درصد وزنی بالاتر نانولوله باعث افزایش چقرمگی شکست می گردد. بررسی ها با استفاده از روش چندمقیاسه در مدل rve نشان داد زمانیکه نانولوله عمود بر ترک قرار می گیرد، کمترین ضریب شدت تنش و بیشترین کارایی را در کنترل ترک خواهد داشت. در مدل rve با ثابت نگه داشتن طول و شعاع و تغییر کارالیتی ضریب شدت تنش دستخوش تغییر می شود. در یک درصد وزنی با افزایش طول و شعاع، ضریب شدت تنش نانوکامپوزیت کاهش می یاید. همچنین در مسئله دیگر مشخص شد که با اعمال بار مساوی، ضریب شدت تنش اپوکسی/ نانولوله کمتر از اپوکسی/هالوی سایت می باشد. علاوه بر این بررسی ضریب شدت تنش در مودهای شکست مختلف rve به طور مستقل نشان داد که با افزودن نانو به ماتریس در تمامی حالت ها ضریب شدت تنش کاهش یافته است. بنابراین با افزودن نانو، مقاومت ترک افزایش یافته و این افزایش در حالت های بازشدگی و پارگی قابل ملاحظه تر می باشد.

تحلیل فراوانی جریان کم به عنوان معیار خشکسالی هیدرولوژیک از کاربرد ویژه ای در برنامه ریزی و طراحی سیستم های تأمین آب و تخمین حداقل جریان قابل دسترس برای فعالیت های کشاورزی، صنعتی، زیست محیطی و... برخوردار است. از آنجا که جریان های کم نیز مانند بسیاری از وقایع هیدرولوژیک، بر حسب چندین مشخصه نامستقل تعریف می شوند، اطلاعات حاصل از تحلیل فراوانی یک متغیره در غالب اوقات نمی تواند برای اهداف بالا کافی باشد. به علاوه، کاربرد خانواده های کلاسیک توزیع های چند متغیره نیز شدیداً دچار محدودیت است. این در حالی است که مدل های کوپلا به واسطه وجود ویژگی هایی چون توانایی مدل سازی متغیرها بدون نیاز به فرض استقلال آماری از قابلیت کاربرد بالایی در تحلیل وقایع حدی و مدل سازی ساختار وابستگی برخوردار بوده و به ابزاری موثر در موضوعات هیدرولوژی تبدیل شده اند. در این پژوهش با هدف ارائه راهکار بهینه برای کاربرد کوپلا، از مهم ترین توابع کوپلای موجود شامل کوپلاهای ارشمیدسی و نیمه بیضوی با ترکیب های مختلف ماتریس همبستگی استفاده شده و توابع و پارامترهای آن ها با استفاده از کارآمدترین روش های موجود برآورد گردید. بر خلاف بسیاری از مطالعات قبلی، کوپلاهای مورد استفاده در این پژوهش از نظر برقراری فرض صفر طبعیت داده ها از تابع کوپلای مورد نظر مورد آزمون قرار گرفته و بر اساس آزمون نیکویی برازش، مناسب ترین نوع کوپلا برای بیان ساختار وابستگی بین متغیرها تعیین شد. به علاوه تلاش شد تا بتوان به راهکاری کارآمد در زمینه ی کاربردی تر کردن نتایج خروجی حاصل از کوپلا دست یافته و گامی در جهت کاهش پیچیدگی مربوط به مفهوم دوره ی بازگشت در چارچوب چند متغیره و نیز مقدار طراحی در فضای چندبعدی برداشته شود. این کار با استفاده از مفهوم دوره ی بازگشت کندال و به کارگیری توابع وزن دهی روی لایه بحرانی تعریف شده بر اساس دوره ی بازگشت مفروض انجام شد. به منظور دستیابی به نتایج خروجی نیز از شیوه های بهینه سازی سرتاسری استفاده گردید. راهکار به دست آمده از فرایند فوق بر روی داده های جریان کم مربوط به پنج ایستگاه هیدرومتری انتخاب شده از بین 400 ایستگاه هیدرومتری حوضه آبریز دریای خزر شامل ایستگاه های نیر، استور، هرات بر، شیرگاه و گالیکش که دارای آمار جریان روزانه بلند مدت با حداکثر صحت ممکن بودند اعمال گردیده و نتایج نهایی مربوط به مقدار طراحی حاصل گردید. نتایج این بخش نشان دهنده ارجحیت کامل کوپلاهای نیمه بیضوی برای مدل سازی ساختار وابستگی داخلی بین متغیرهای تشکیل دهنده جریان های کم به عنوان نمونه ای از وقایع هیدرولوژیک می باشد. در بخش دوم پژوهش، روش رگرسیون کوپلایی با بررسی تأثیر تبدیلات حاشیه ای روی برآوردهای فاصله ای و نقطه ای با استفاده از داده های حجم چوب تولیدی در برابر قطر ارتفاع سبنه و ارتفاع کل درخت از روی زمین تا نوک مربوط به 1386 درخت چنار جمع آوری شده در جنگل ناحیه آلتوملیس در مرکز ایتالیا مورد ارزیابی قرار گرفت. انتخاب مدل های مورد مقایسه بر اساس این منطق که آیا مدل جدید، قدرت توصیفی بیشتری نسبت به سایر تکنیک های معیار ساده تر دارد، به کمک فرآیندهای آزمون مدل انجام شد. نتایج نشان دهنده عدم کارایی بهتر روش رگرسیون کوپلایی در برابر روش های متداول ساده تر با توجه به فرضیات آماری بیشتر آن می باشد.

اغلب سازه های مهندسی دربردارنده عناصر غیرخطی اند. بسته به شرایط دینامیکی و سطح نیروهای خارجی وارده، در مواردی فرض خطی بودن رفتار سازه قابل توجیه می باشد. با این وجود، طراحی سازه های پیچیده و حساس نیازمند در نظر گرفتن کوچکترین رفتار غیرخطی می باشد. بنابراین، کشف، مکان یابی و شناسایی پارامتریک موفق عناصر غیرخطی در چنین مواردی اهمیت فوق العاده ای دارد. اکثر روشهای شناسایی غیرخطی نیازمند شناخت ابتدایی از نوع عوامل غیرخطی حاضر در سیستم بوده و از کتابخانه ای از ردپاهای انواع مختلف عوامل غیرخطی، براساس بازرسی بصری به منظور مشخص کردن پارامترهای غیرخطی استفاده می کنند. این شیوه در شرایطی که چندین نوع عامل غیرخطی به طور همزمان در یک یا چندین مکان از سازه وجود داشته باشد و به ویژه در صورت وجود همزمان بیش از یک نوع عنصر غیرخطی در یک نقطه، به دلیل پیچیدگی در شکل نمودارها و مشکلات پیش رو در قضاوت بصری عملی نخواهد بود. این رساله یک روش جدید آنالیز مودال غیرخطی با هدف شناسایی سازه های غیرخطی ضعیف با عناصر غیرخطی محلی ارائه می کند. هدف کلی، تعیین نوع و شناسایی عناصر غیرخطی بدون بازرسی های بصری و با استفاده از کتابخانه ای از ردپای انواع مختلف عناصر غیرخطی است. ابتدا روش در مسیر مستقیم با تحلیل یک سیستم تئوری کلی مطرح می گردد. سپس این مفهوم به منظور استفاده در شناسایی غیرخطی از طریق مسیر معکوس همان روش بسط داده می شود. روش مسیر مستقیم که "فرمولاسیون هیبریدی" نامیده شده است، بر پایه تکنیک بروزرسانی مدل پیشنهادی در این رساله می باشد.روش یک فرمولاسیون هیبریدی برای توابع پاسخ فرکانسی سیستمهای چند درجه آزادی غیر خطی بر پایه روش smurf ارائه می کند. این روش توانایی تولید توابع پاسخ فرکانسی در درجات آزادی های دلخواه سازه را دارد. اصطلاح "هیبرید" در عنوان این روش بیانگر این مطلب است که در حالیکه عوامل غیر خطی به فرم توابع توصیفی بر پایه المانهای فضایی به کار گرفته می شوند، زیر سیستم خطی با بیان بصورت frf کاهش می یابد. این روش از چندین frf به جای مدل فضایی سیستم استفاده می کند که سبب کاهش هزینه محاسباتی آن می گردد. علاوه بر این، استفاده از توابع پاسخ فرکانسی حاصل از اندازه گیری آزمایشگاهی برای زیر سیستم خطی امکان پذیر است. معکوس "روش فرمولاسیون هیبریدی" ، به عنوان یک ابزار شناسایی ارائه شده است. روش پیشنهادی بر پایه این حقیقت است که سازه های غیرخطی تحت شرایط خاص، خطی رفتار می کنند و از پاسخ های زیر سیستم خطی استفاده می کند. از الگوریتم ژنتیک (ga) به عنوان یک تکنیک بهینه سازی به منظور استخراج پارامترهای غیرخطی بهره گرفته شده است. با ارائه یک روش حذف ژن و افزودن آن به الگوریتم ژنتیک، قابلیت تشخیص و یافتن مکان و نوع عوامل غیرخطی فراهم گردیده است. روش پیشنهادی به دلیل استفاده از مفهوم حذف ژن در پروسه بهینه سازی به کمک الگوریتم ژنتیک توانایی تشخیص عوامل غیرخطی موجود در سیستمهای چند درجه آزادی را در حالی که مکان و نوع عوامل غیرخطی از پیش مشخص نبوده و بدون شناخت در خصوص درصد احتمال حضور انواع مختلف غیرخطی، را داراست. در نهایت روشهای پیشنهادی به منظور تحلیل یک سازه تجربی با عنصر غیرخطی مرتبه سه استفاده می شوند. محدودیتها و مشکلات پیش روی آزمایشها و تکنیک کنترلی بکارگرفته شده برای بدست آوردن داده های تجربی از تست با جزئیات توضیح داده شده است. به علاوه. یک الگوریتم جدید مقاوم به نویز بر پایه همبستگی، جهت استخراج فاز نسبی بین هارمونیک های سیگنالهای دیجیتال اندازه گیری شده معرفی می گردد، تا به منظور محاسبه دامنه و فاز اجزای اصلی و هارمونیکهای تحریک نیرو و سیگنالهای پاسخ در فرایند کنترل استفاده گردد. توابع پاسخ فرکانسی بازسازی شده از روش hf با نمونه های غیرخطی اندازه گیری شده از سازه مطابقت خوبی نشان داده است. از این نمونه مطالعاتی نتیجه گیری می شود که روشهای ارائه شده توانایی پیش بینی دقیق رفتار دینامیکی سازه را دارند.