در این پایان نامه دو مبحث کلی مورد تحقیق قرار می گیرند. ابتدا، معادلات دینامیکی کلی یک روبات سریال در حالت تماس/ برخورد انعطاف پذیر با محیط دینامیکی پیرامون استخراج می گردد. فرض می شود، انعطاف پذیری در حوالی نقطه تماس با استفاده از المان های انعطاف پذیر دور از مرکز و یا خواص ساختاری در دو جسم موجود می باشد. این انعطاف پذیری با استفاده از فرمول بندی ضمنی پیوسته (رویکرد الاستودینامیکی)، براساس مدل هانت-کروزلی دو مرحله ای به همراه دو جرم معادل نظیر آن در هر سمت مدل سازی شده است. به علاوه، قید یک جهته (سینماتیکی) بر روی موقعیت اجرام معادل خارجی در دو طرف اجسام در حال تماس به معادلات اضافه می گردد و بدین ترتیب، معادلات دینامیکی تماس روبات و محیط پیرامون کامل می گردد. جهت استخراج معادلات برخورد، از معادلات کلی ذکر شده در مدت زمان ناچیز برخورد انتگرال گیری می شود تا سرعت های بلافاصله بعد از برخورد سیستم به دست آیند. به علاوه، در این حالت به جای معادله قید، معادله بازگشت به کمک یک ضریب انرژی جدید که برای استفاده در سیستم های چند جرمی مناسب می باشد، جهت لحاظ اثر پس جستن اجسام بلافاصله پس از برخورد در نظر گرفته می شود. سرعت های بلافاصله بعد از برخورد سیستم، شرایط اولیه آن را در فاز حرکت تماسی تشکیل می دهند. سپس، جهت تعقیب مسیرهای مطلوب سیستم بالا در حضور نیروی تماسی، الگوریتم های کنترل امپدانس پیشنهاد می شوند. این الگوریتم های کنترلی بر روی مفاصل روبات و rccها پیاده سازی می گردند تا ارتعاشات ناشی از برخورد را به حداقل برسانند و شامل 3 روش امپدانس خطی، امپدانس غیر خطی و امپدانس مقاوم با مود لغزشی می باشند. نشان داده می شود که با انتخاب مناسبی از ماتریس های امپدانس، نیازی به اندازه گیری نیروی اندرکنشی نمی باشد. به علاوه، بر خلاف روش های کنترلی موقعیت/ نیرو، با استفاده از الگوریتم های کنترل امپدانس، نیازی به تغییر ساختار کنترلرهای پیشنهادی، ضمن گذر سیستم از فاز حرکت آزاد به فاز حرکت تماسی نمی باشد. برای نشان دادن کارایی و مقایسه 3 کنترلر پیشنهاد شده، شبیه سازی عددی بر روی کل سیستم انجام می گیرد.

در این پایان نامه، با ارائه یک روش نیمه تحلیلی، تحلیل پیچش مقاطع دارای اتصال سه راهه و چهار راهه، مانند تیرهایt، i، e و + ارائه می گردد. اگرچه تئوری معروف به جدار نازک به عنوان روشی برای تعیین تنش برشی مقاطع با ضخامت کم به کار می رود، اما این روش قابلیت تخمین صحیح مقدار تنش را در نقاط تمرکز تنش مانند انحنای گوشه ها و نقاط میانی قطعه بال دارا نیست. در این تحقیق فرمول های نسبتاً ساده به کمک راه حل های تحلیلی و عددی برای ارزیابی تنش برشی در نقاط بحرانی و همچنین سختی پیچشی ارائه می شود. به منظور حل معادله پیچش بر حسب تابع تنش پرانتل، سطح مقطع اصلی به اجزاء اتصال سه راهه، اتصال چهارراهه، مستقیم، انحنادار و انتهایی تقسیم شده و در هر جزء تابع تنش پرانتل به طور جداگانه محاسبه می شود. با استفاده از روش المان محدود، اتصالات سه راهه و چهارراهه مدل شده است. حل تحلیلی بقیه قطعات نیز، موجود می باشد. نتایج عددی کم خطا برای تنش برشی نقاط بحرانی و سختی پیچشی قطعه های سه راهه و چهارراهه عمومی به دست آمده است و با استفاده از روش برازش منحنی فرمولهای بسته برای این منظور ارائه می شود. سعی شده است فرمولهای ارائه شده حتی المقدور ساده و در عین حال کم خطا باشند تا در کاربردهای عملی قابل استفاده باشند. این فرمول ها گستره وسیعی از سطح مقاطع جدار نازک تا نسبتاً ضخیم را از نظر هندسی با دقت بالا پوشش می دهند و همچنین به سادگی قابل محاسبه با ماشین حسابهای ساده می باشند.

در این تحقیق مدلسازی و تحلیل بال آیروالاستیک در شرایط پرواز آزاد صفحه ای مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل ساختاری بال توسعه داده شده، مدل بال گلند و نیرو و ممان آیرودینامیکی مدل ناپایای تئودورسن می باشد. معادلات حاکم سیستم مورد نظر با استفاده از اصل همیلتون بدست آمده اند. معادلات پاره ای سیستم با استفاده از روش عددی گالرکین به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده و با استفاده از انتگرال گیری عددی حل شده است. نهایتا اثرات سرعت زاویه ای مانور غلتش ، تغییر جرم اجرام متمرکز، تغییر جرم بدنه هواپیما، تغییر سختی خمشی و پیچشی بال هواپیما، تغییر مکان اجرام متمرکز روی بال و افزایش و کاهش تعداد اجرام متمرکز روی سرعت و فرکانس فلاتر ارائه شده است. نتایج نشان دهنده این است که تغییر این پارامترها تاثیر مهمی بر سرعت فلاتر دارد.

روش مرسوم بر اساس تئوری جدار نازک فقط برای تحلیل پیچش میلههای همگن با ضخامت کوچک و شعاع گوشه بزرگ جواب قابل قبولی میدهد. از طرفی تا کنون هیچ راه حل تحلیلی برای پیچش مقاطع باز غیر همگن ارائه نشده است. در این پایاننامه، یک روش تقریبی تحلیلی برای پیچش مقاطع باز همگن و غیر همگن با ضخامت ثابت ارائه میشود. برای مدلسازی هندسه مسأله، مقطع بصورت ترکیبی از تعدادی اجزاء مستقیم، انحنادار (کمان دایره) و انتهائی درنظر گرفته شده است. معادله پواسون برای مسائل پیچش بر اساس تابع تنش پرانتل در هر قسمت بطور جداگانه حل میگردد. مدول سختی برشی برای میلههای همگن، ثابت و برای میلههای غیر همگن فقط دارای تغییرات در راستای ضخامت درنظر گرفته شده است. با روش ارائه شده، میتوانیم جوابهایی با فرم بسته برای میلههای همگن و یک راه حل ساده تحلیلی برای میلههای غیر همگن ارائه کنیم. با این روش جوابها برای تنش برشی و سختی پیچشی میلههای با مقاطع باز قابل محاسبه است. برای میلههای همگن تقریب بهتری به کار گرفته شده است و فرمولهای دقیقتری بدست آمده است. چند مثال برای نشان دادن کارایی روش پیشنهادی ارائه شده است. دقت فرمولها نیز بر حسب ضخامت و شعاع گوشه بررسی شده است. برای میلههای غیر همگن اثرات پارامترهای مربوط به ماده نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از روش المان محدود مقایسه شدهاند. با اینکه روش ارائه شده خصوصاً برای میلههای همگن، نسبتاً ساده است، نتایج بسیار خوبی برای مقاطع باز جدار نازک تا نسبتاً ضخیم ارائه میدهد.

یکی از مسائل بسیار مهم و مورد بررسی در الاستیسیته و به خصوص مکانیک شکست بررسی پیچش مقاطعی است که دارای ترک میباشند. دراین پایان نامه یک روش تقریبی تحلیلی برای پیچش میلههای با مقاطع دارای ترک مورد بررسی قرار گرفته است. به همین منظور دو نوع سطح مقطع باز و بسته در نظر گرفته شده است. مقطع باز ترکیبی از قطعات انتهایی، مستقیم، انحنادار و دارای ترک و مقطع بسته ترکیبی از قطعات مستقیم، انحنادار و دارای ترک می باشد که قطعه دارای ترک می تواند بصورت قطعه مستقیم یا انحنادار باشد. معادله پواسون برای مسئله پیچش برحسب تابع تنش پرانتل در قطعات مستقیم و انحنادار حل شده است و برای قطعات دارای ترک نیز روابطی به کمک برازش منحنی حاصل از دادههای المان محدود به دست آمده است. در نهایت روابطی بسته و ساده برای به دست آوردن گشتاور پیچشی، صلبیت پیچشی و فاکتور شدت تنش ارائه شده است. چند مثال برای نشان دادن کارایی روش پیشنهادی ارائه شده است. دقت فرمولها نیز بر حسب تغییر ضخامت و طول ترک بررسی شده است. دقت روابط به دست آمده در مقایسه با روش المان محدود مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. روش ارائه شده برای مقاطع جدار نازک تا نسبتا ضخیم با دقت بسیار بالا قابل استفاده است.

در این پژوهش دو روش عددی برای بررسی ارتعاشات آزاد نانو لوله های مارپیچ تک جداره و دو جداره با در نظر گرفتن اثرات غیرموضعی در معادلات حاکم بر آنها ارائه شده است. پژوهش های بسیاری بر ارتعاشات تیرهای مارپیچ و فنر ها و هم چنین بر نانو لوله های کربنی انجام شده است اما با وجود اهمیت و کاربرد زیاد نانو لوله های مارپیچ در موارد مختلف، مطالعات عددی بر این ریز سازه انجام نگرفته است. برای بررسی رفتار دینامیکی و ارتعاشی نانو لوله ها معمولا از تئوری غیرموضعی ارینگن استفاده می شود. در این پژوهش نیز سعی شده است که این تئوری به معادلات حاکم بر ارتعاشات نانو لوله مارپیچ اعمال شود. در روش اول مارپیچ به المان های بسیار کوچکی تقسیم می شود به طوریکه می توان از انحنای هر المان صرف نظر کرد و معادلات حاکم بر تیر مستقیم را بر آن ها اعمال کرد. سپس، این المان ها به صورت المان های یک قاب سه بعدی در مختصات اصلی چرخانده شده و در کنار هم قرار می گیرند تا مارپیچ ساخته شود. معادلات حاکم همان معادلات حاکم بر المان قاب سه بعدی می باشند که تئوری غیر موضعی به آنها اعمال شده است. تئوری غیر موضعی مشتمل بر اثرات مقیاس نانوی مارپیچ می باشد. معادلات حاکم بر جابجایی های محوری، خمشی و پیچشی با روش اجزای محدود مدل شده و ماتریس های جرم و سختی المان بدست آمده اند. ماتریس های فوق به کمک یک ماتریس تبدیل به فضای مختصات اصلی انتقال می یابند و در کنار هم قرار می گیرند تا ماتریس جرم و سختی مارپیچ بدست آید. پس از اعمال شرایط مرزی میتوان مسئله ارتعاشی را حل کرد و فرکانس های طبیعی نانو لوله کربنی مارپیچ را بدست آورد. نتایج بدست آمده از این روش با صرف نظر کردن از اثرات غیرموضعی با نتایج مدلسازی با نرم افزار ansys مقایسه شده است. روش مذکور برای هر دو نانو لوله های کربنی مارپیچ تک جداره و دو جداره استفاده شده است. برای بررسی نانو لوله های کربنی مارپیچ تک جداره از المان های دارای شش درجه آزادی شامل سه جابجایی و سه پیچش استفاده شده است و برای نانو لوله های کربنی مارپیچ دو جداره هر المان دارای 12 درجه آزادی شامل 6 جابجایی و 6 چرخش در هر گره می باشد. هم چنین، نیروی وان در والس بین جداره های نانو لوله ی دو جداره در معادلات حاکم بر جابجایی خمشی المان در نظر گرفته شده است. در این پژوهش نانو لوله دو جداره با مدل دو تیر مدلسازی شده است و در نهایت نتایج آن با نتایج مدل یک تیر دارای سطح مقطع معادل نانو لوله دو جداره مقایسه شده است. در روش دوم تئوری ارینگن برای تیر های منحنی شکل سه بعدی بدون اعوجاج تعمیم داده شده و سعی شده است که به معادلات حاکم بر ارتعاشات آزاد تیرهای مارپیچ اعمال شوند. با توجه به اینکه معادلات حاکم 6 معادله کوپل با یکدیگر هستند و در تئوری ارینگن نیروها و ممان ها تابع مستقیمی از کرنش تیر نیستند بلکه هر نیرو یا ممان تابعی از مشتق دوم خود می باشد، روند اعمال تئوری غیرموضعی به معادلات حاکم یک فرایند تکراری و تقریبا غیرممکن است زیرا هر مرتبه که نیرو یا ممانی بر اساس تئوری غیرموضعی در معادلات حاکم جایگذاری می شود تابعی از مشتق دوم خود است؛ از این رو این روند جایگذاری مرتبا تکرار می شود. با توجه به این مطلب و اینکه ضریب غیرموضعی بسیار کوچک است و تاثیر کمی بر جواب مسئله خواهد داشت، روابط تئوری غیرموضعی تنها یک بار در معادلات حاکم جایگذاری شده است تا در انتها میزان خطای این تقریب مورد بررسی قرار گیرد. در نهایت 6 معادله کوپله حاصل شده است که از روش اجزای محدود برای حل آنها استفاده شده است. المان 3 گرهی با 6 درجه آزادی در هر گره در نظر گرفته شده است. بنابراین، ماتریس های 18×18 جرم و سختی المان تشکیل شده و با توجه به اینکه از ابتدا انتگرال گیری در دستگاه مختصات اصلی انجام شده است، نیازی به تبدیل دستگاه مختصات نمی باشد. با کنار هم قرار دادن ماتریس های المان ها، ماتریس جرم و سختی کل مارپیچ تشکیل می شود. پس از اعمال شرایط مرزی می توان مسئله ارتعاشی سیستم را حل کرد و فرکانس های طبیعی آن را بدست آورد. در انتها نتایج بدست آمده از این روش با نتایج روش اول و مدل سازی ansys مقایسه شده است. نتایج روش دوم میزان خطای کمتری نسبت به روش اول در مقایسه با مدل سازی ansys دارند. این امر را می توان به دلیل در نظر گرفتن انحنای نانو لوله در المان تیر منحنی شکل دانست.

نانوصفحات یکی از انواع مهم مواد نانو ساختار دو بعدی می باشند که امروزه به سبب خواص منحصر به فردشان، کاربرد های وسیعی در صنایع یافته اند. با بهره گرفتن از نانوصفحات چند لایه ای بجای نانو صفحات یک لایه ای، افق-های تازه ای پیش رو محققین قرار گرفته است. در نانوصفحات چند لایه ای، دو نانوصفحه توسط واسطی به یکدیگر متصل شده اند. با توجه به ساختار شش ضلعی قرار گیری اتم ها، این صفحات از خود خواص مکانیکی ماده غیر همسانگرد بروز می دهند. در پایان نامه حاضر اثرات مقیاس کوچک به کمک تئوری غیر موضعی در نظر گرفته شده است. معادلات حرکت نانوصفحات یک لایه ای و دو لایه ای ارتوتروپیک با استفاده از اصل هامیلتون بدست آمده است. فرکانس های طبیعی نانوصفحات به صورت تحلیلی بدست آمده اند. در این پایان نامه اثرات مقیاس کوچک، خاصیت ارتوتروپیک نانوصفحات، وجود اختلاف دما و خاصیت ویسکوالاستیک واسط و نانوصفحه بررسی شده است. نتایج بدست آمده در این پایان نامه با نتایج ارائه شده در منابع موجود مقایسه شده است. مطابق نتایج با افزایش پارامتر غیر موضعی فرکانس طبیعی کاهش می یابد. همچنین با افزایش اختلاف دما، ضریب میرایی سازه ای و ضریب میرایی واسط ویسکوالاستیک فرکانس طبیعی کاهش می یابد.

در حالت کلی، اندرکنش سیال سازه هنگامی که انرژی سیال باعث تغییر شکل محسوس مرز جامد شود، اتفاق می افتد. این نوع مسائل به عنوان مسائل اندرکنش سیال- سازه (fsi) در نظرگرفته می شوند. روشهای تکرار شونده گوناگونی برای کوپل کردن معادلات متناظر سیال و سازه در مسائل fsi وجود دارد. در این پایان نامه روشهایی برای حل مسائل fsi با و بدون در نظر گرفتن بار پیرو بر روی سازه پیشنهاد داده شده است. فرمولبندی برای تغییر شکل کوچک و بزرگ برای سازه نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. در اکثر روشهای حل مسائل fsi از ساختار یکسان گره ها در محل اتصال نواحی سیال و سازه استفاده شده است. آرایش یکسان گره ها در ناحیه اتصال سیال و سازه به علت اختلاف ماهیت مسئله در ناحیه جامد و سیال مناسب نیست. در روش ارائه شده در این تحقیق ساختار گره ها در نواحی جامد و سیال در مرز اتصال دو ناحیه می تواند متفاوت باشد. بنابراین، از هر کد یا نرم افزار دلخواه می توان برای آنالیز هرناحیه مسئله fsi استفاده نمود. از نرم افزار فلوئنت که بر پایه روش حجم محدود است برای شبیه سازی مسئله جریان سیال استفاده شده است. یک کد بر پایه روش المان مرزی برای آنالیز ناحیه جامد مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین یک کد فرترن برای کوپلینگ دو ناحیه تدوین شده است. مثالی شامل جریان مغشوش حول یک تیغه انعطاف پذیر برای نشان دادن کارایی روش کوپلینگ پیشنهاد شده ارائه شده است. جواب بدست آمده از روش پیشنهادی با نتایج بدست آمده از نرم افزار تجاری ansys/fluent مقایسه شده است. انطباق نسبتاً مناسبی بین نتایج مشاهده می شود که این نشان دهنده توانایی روش ارائه شده برای حل مسائل fsi می باشد.

در یک مسأله مستقیم انجماد، شرایط مرزی مشخص هستند و هدف، پیدا کردن موقعیت زمانمند مرز متحرک جامد – مایع است. اما در یک مسأله معکوس انجماد، شرایط مرزی حداقل در قسمت هایی از مرز، نا معین هستند. مسائل معکوس انجماد را معمولاً بعنوان مسائل طراحی در نظر می گیرند، به این علت که هدف، پیدا کردن شرایط مرزی نامعین بنحوی است که یک الگوی خاص برای حرکت جبهه انجماد بدست آید. کنترل کردن سرعت و الگوی جبهه انجماد می تواند تأثیر فراوانی بر روی خواص مکانیکی و متالورژیکی فلز منجمد شده داشته باشد. بعلت پیچیدگی فرآیند انجماد، در بیشتر موارد از روش های عددی برای تحلیل این مسائل استفاده می شود. روش های بدون المان، بعلت عدم وابستگی به یک مش بندی از پیش تعیین شده، برای تحلیل مسائل با مرز متحرک بسیار مناسب هستند. در این تحقیق، یک روش انتگرال گیری بدون المان، به نام روش تبدیل کارتزین (ctm)، برای محاسبه با صرفه انتگرال های دامنه ای در روش های بدون المان ارائه می شود. نشان داده می شود که استفاده از این روش، به صورت موثری هزینه محاسبات را کاهش می دهد. بنابراین، یک روش حقیقتاً بدون المان، برای تحلیل دقیق مسائل انتقال حرارت همراه با تغییر فاز حاصل می شود . در رساله حاضر، دو فرمول بندی متفاوت برای طراحی معکوس فرآیند انجماد در مواد خالص و آلیاژی ارائه می شود. در الگوریتم های طراحی، بدنبال توزیع زمانی خاصی برای شار حرارتی هستیم، بنحوی که یک مدل از پیش تعیین شده برای حرکت کردن جبهه انجماد بدست آید. برای مواد خالص، کنترل کردن مرز جامد – مایع مد نظر است، در حالیکه برای مواد آلیاژی، کنترل کردن همزمان خطوط سالیدوس (مرز ناحیه خمیری و جامد) و لیکوئیدوس (مرز ناحیه خمیری و مایع) بعنوان هدف طراحی در نظر گرفته می شود. این برای نخستین بار است که یک روش عمومی برای کنترل سرعت و موقعیت خطوط سالیدوس و لیکوئیدوس، بصورت همزمان، در انجماد جهتدار آلیاژها ارائه می شود. این موضوع دارای دو اهمیت است. اولاً، مورفولوژی رشد کریستال ها و نیز ابعاد ریز ساختارها توسط الگوی حرکت این دو خط تعیین می شود. ثانیاً، حرکت نسبی خطوط سالیدوس و لیکوئیدوس، تعیین کننده ضخامت ناحیه خمیری است، که این موضوع به نوبه خود یک پارامتر اساسی در ایجاد فِرِکل ها می باشد. در نتیجه، با کنترل همزمان خطوط سالیدوس و لیکوئیدوس می توان از شکل گیری فرکل ها جلوگیری کرد. در این رساله، تأثیر چندین پارامتر، از جمله سرعت جبهه انجماد، مدت زمان انجماد، تفاوت دماهای سالیدوس و لیکوئیدوس و ضخامت ناحیه خمیری، بر شار حرارتی مجهول، مورد بررسی قرار گرفته و چندین نتیجه گیری جدید ارائه می شود.

حل تحلیلی الاستوپلاستیک لوله های جدار نازک تحت فشار داخلی و خمش دوره ای با در نظر گرفتن مکانیک آسیب پیوسته ارائه می گردد. در ابتدا فشار داخلی ثابت به لوله اعمال می شود و بعد از آن مقدار انحنا به صورت دوره ای اعمال می شود. معیار فون-مایسز برای مدل کردن سطح تسلیم استفاده شده است و به علاوه مدل سختی سینماتیکی غیر خطی شاباش برای پیش بینی رفتار لوله استفاده شده است. معادلات با استفاده از الگوریتم نگاشت بازگشتی حل شده است. اعتبار مدل با استفاده از نتایج آزمایشگاهی ارائه شده در دیگر مقالات سنجیده شده است. نتایج نشان می دهد که در فشار های غیر صفر کرنش پلاستیک در جهات مماسی و شعاعی رفتار رچتینگ دارد. نرخ رچتینگ با افزایش فشار افزایش می یابد. با در نظر گرفتن آسیب، کرنش ها رشد بیشتری داشته و تعداد سیکل های بارگذاری تا رسیدن به شکست مشخص خواهد شد. نمودار برهم کنش بری برای فشار ها و انحناهای مختلف رسم شده و نواحی مختلف الاستیک، شیکدان و رچتینگ در آن مشخص شده است

مواد مدرج تابعی مواد کامپوزیتی نسبتاً جدیدی هستند که با توجه به خصوصیات منحصر به فرد این مواد، کاربرد آن در صنایع پیشرفته بسیار گسترش یافته است. بیشترین کاربرد این مواد در محیط های با دمای بالاست. این محیط ها شامل مدارهای الکترونیکی و کامپیوتری تا هواپیماهای پیشرفته و فضاپیماها می شوند. با افزایش تدریجی کاربرد مواد مدرج تابعی، نیاز به روشی قابل اطمینان برای اندازه گیری خصوصیات این مواد به وسیله تست های غیر مخرب احساس می شود. داشتن روش کارآمد و موثر برای مشخص کردن خصوصیات مواد به منظور طراحی ماده مدرج تابعی بسیار مهم است و مهم تر از آن داشتن روشی مناسب برای ارزیابی ماده پس از ساخت و در هنگام کارکرد آن است. برای رفع این نیاز از روش های شناسایی بهره گرفته می شود که روش حل معکوس یکی از مهم ترین نمونه های آن است. در این تحقیق سیلندر مدرج تابعی ساخته شده از دو ماده با توزیع نسبت حجمی مجهول مورد بررسی قرار گرفته است. روش شناسائی توزیع نسبت حجمی در سیلندر به کمک روش های حل معکوس و با اندازه گیری پارامترهایی مثل خیز و زاویه پیچش سیلندر تحت بارگذاری و همچنین اندازه گیری فرکانس های طبیعی سیلندر بیان شده است. سیلندر در سه حالت مختلف برای تغییرات خواص شامل تغییرات شعاعی، تغییرات طولی و تغییرات طولی-شعاعی بررسی شده است. روابط لازم جهت تحلیل لوله مدرج تابعی در پیچش و خمش در صورت عدم ارائه در تحقیقات پیشین در این تحقیق استخراج گردیده است. همچنین نقش هموارسازی در حل معکوس در شرایطی که مسأله به دلیل وجود خطا در داده های اندازه گیری ناسالم است بررسی شده است. کارآیی روش ارائه شده توسط چندین مثال مشخص شده است.

امروزه در زمینه های مختلفی از جمله پزشکی، صنایع شیمیایی، محیط زیست و فرایند های تشخیصی گوناگون، از میکرو و نانوحسگرها استفاده می شود. این حسگرها ابزاری توانمند جهت شناسایی مولکولهای زیستی می باشند. یکی از انواع حسگرهایی که برای تشخیص ساختارهای بیولوژیکی استفاده می شود، حسگرهای ساخته شده براساس فرکانس تشدید می باشد. شناسایی جرم و یا مولکول در این حسگرها براساس حساسیت فرکانس تشدید می-باشد و به اندازه، مکان جرم متصل شده به حسگر و شرایط محیطی وابسته می باشد. میکرو و نانوتیرهای یک سرگیردار و دوسرگیردار با پوشش خاص درسطح آن ها به عنوان حسگر مکانیکی، قابلیت های مختلفی را در فرآیندهای تشخیصی در اختیار ما قرار می دهند. نانولوله-های کربنی به عنوان کلاس جدیدی از نانوحسگرهای جرمی، به طور گسترده در دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته اند. در پایان نامه حاضر ارتعاشات نانولوله های کربنی و همچنین میکرو و نانوتیر با پوشش خاص در سطح آن ها به عنوان حسگر جرمی مورد بررسی قرار گرفته و تغییر در فرکانس تشدید ناشی از اندازه و مکان جرم متصل شده و تغییر در دمای محیط، مطالعه شده است. به منظور در نظر گرفتن اثرات مقیاس کوچک نیز، از تئوری الاستیسیته غیرموضعی ارینگن استفاده شده است. نتایج بدست آمده نیز با نتایج موجود در منابع مقایسه شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهند که افزایش دما در دماهای بالا سبب کاهش فرکانس ارتعاشی این حسگرها می گردد.

ساختارهای تنسگریتی شامل مجموعهای از عضوهای تحت فشار و مجموعهای از عضوهای کششی- اند که یک حجم پایداری را در فضا بوجود میآورند. برای سالیان متمادی، تنسگریتی یک ایده جهت طراحی سازهها در معماری و هنر بوده است. در سالهای اخیر، حرکتهایی جهت استفاده از مفهوم تنسگریتی در رباتیک انجام گرفته است. با تغییر کشش در کابلها و تغییر طول میلهها، این ساختارها قادر به حرکت میباشند و اگر بصورت مناسب، محرکهای سیستم کنترل شوند تغییر شکل و حرکت مورد نظر امکان پذیر میباشد. در این پایان نامه، از سازهی تنسگریتی منشوری جهت طراحی یک سری مکانیزم تنسگریتی استفاده شده است. سه مکانیزم موازی با ساختار تنسگریتی معرفی شده و سینماتیک، استاتیک و دینامیک آنها مطالعه گردیده است. همچنین، یک نمونه از این مکانیزمها طراحی و ساخته شده است.

مدل سازی کامپیوتری آیروالاستیسیته، کمک به بالا بردن سرعت و دقت در طراحی وسائل پرنده می شود. به این منظور نرم افزار های مختلفی طراحی و برنامه نویسی شده اند. اما دقت و قابلیت هیچکدام از آن ها در مطالعه ی آیروالاستیک بدنه ها مورد بررسی قرار نگرفته است و بعلاوه نتایج تجربی در این حیطه بشدت نادر است. لذا بررسی نرم افزاری تخصصی در این زمینه بسیار حائز اهمیت و پرکاربرد است. در این تحقیق، نرم افزار zaero راه اندازی و ارزیابی می شود. در ابتدا برای اطمینان از صحت نتایج نرم افزار zaero، برای چند مدل بال مختلف که دارای زوایای عقب گرد مختلف هستند، پارامتر هایی مانند سرعت و فرکانس فلاتر با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه و تحلیل می شوند. سپس بررسی اثر عوامل مختلف بر فلاتر با تغییر پارامتر هایی نظیر تغییر ارتفاع پروازی، تغییر زاویه عقب گرد سنجیده می شود. همچنین اثر وجود بدنه بر روی فلاتر بال ها نیز مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. سپس برای مقایسه ی نتایج دو نرم افزار موجود، مدلی هایی یکسان تهیه، اجرا و بررسی خواهد شد. همچنین در این تحقیق مدلی با ابعاد 1/20 نمونه ی اصلی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. از پارامتر های بدون بعد مهم در آنالیز های آیروالاستیسیته برای تشابه این دو مدل استفاده خواهد شد .

امروزه محور های تحت پیچش به عنوان عضوهایی که وظیفه انتقال گشتاور را به عهده دارند، دارای اهمیت به سزایی در صنعت می باشند. کاربرد این اعضا از یک پیچ گوشتی ساده تا شافت های مورد استفاده در صنایع هوا فضا گسترده می باشد. بنابراین بررسی رفتار مکانیکی اعضای تحت پیچش و بهبود کارآیی آن ها از اهمیت به سزایی برخوردار می باشد. برای این منظور از شفت های مدرج تابعی استفاده می شود. در این پایان نامه ابتدا پیچش شافت های توخالی مدرج تابعی مورد مطالعه قرار می گیرد و در ادامه به بررسی نحوه سامان دهی مدول سختی برشی در سطح مقطع یک شافت می پردازیم. منظور از سامان دهی ماده، بدست آوردن توزیع بهینه مدول سختی برشی در سطح مقطع جهت رسیدن به هدفی از پیش تعیین شده می باشد. این اهداف شامل توزیع دلخواه تنش برشی در سطح مقطع و یا ماکزیمم کردن سختی پیچشی شفت با ثابت بودن جرم شافت می باشند. در صورتی که سطح مقطع شافت جدار نازک و یا نسبتا ضخیم باشد، با ساده سازی معادلات حاکم می توانیم تحلیل تنش را به صورت تحلیلی انجام دهیم ولی چنان چه سطح مقطع، دلخواه و یا جدار ضخیم باشد ناگزیریم که از روش های عددی استفاده کنیم. در این پایان نامه به علت دقت و کارآمدی بالا، از روش های عددی بدون المان جهت تحلیل تنش در شافت های با سطح مقطع دلخواه یا جدار ضخیم استفاده شده است. به منظور سامان دهی مدول سختی برشی در سطح مقطع، باید از روش های عددی بهینه سازی مقید و یا نامقید استفاده کنیم. در انتها با بررسی مثال های متعددی، تاثیر سامان دهی ماده در رسیدن به اهداف مذکور مطالعه شده است.

چکیده ندارد.

با توجه به اهمیت فراوان توربین های گازی و نقش موثری که در صنعت دارند در سالهای اخیر پره های این توربینها و ترکهای موجود بر روی آنها، مورد توجه قرار گرفته اند. هدف این تحقیق تحلیل ترک در پره توربین گازی و در نهایت بدست آوردن تکنیکی برای شناسائی میزان بحرانی بودن این ترکها می باشد. جهت دست یابی به این هدف، پره توربین و ترکهای موجود در مناطق مختلف روی این پره بصورت سه بعدی مدل شده اند و سپس با استفاده از نرم افزار ansys مورد تحلیل قرار گرفته اند. از آنجا که پارامتر مورد توجه در مکانیک شکست و مسائل تحلیل ترک، فاکتور شدت تنش می باشد، هدف اینگونه تحلیلها بدست آوردن این فاکتور می باشد. لذا در تحقیق حاضر با توجه به مدل سازی سه بعدی پره و شرایط بارگذاری، این پارامترها در سه بعد بدست آورده شده اند. روش استفاده شده برای محاسبه فاکتورهای شدت تنش بوسیله مدل کردن یک صفحه مستطیل شکل با وجود ترکی در وسط صفحه که دارای جوابهای تحلیلی دقیق می باشد، اعتبار سنجی شده و نتایج قابل قبولی بدست آمده است. برای دست یابی به نتایج لازم در مورد یک پره دارای ترک، پارامترهای طول ترک، زاویه و محل قرارگیری ترک، سرعتهای زاویه ای و فشار ناشی از برخورد گازهای داغ را تغییر داده و فاکتورهای شدت تنش در هر حالت بدست آمده اند و با مقایسه این نتایج با یکدیگر، برای ترک در بعضی از موقعیتهای پره، طول بحرانی ترک، سرعت زاویه ای بحرانی، فشار بحرانی و محل بحرانی قرارگیری ترک را بدست آورده ایم. تکنیک ارائه شده در این تحقیق، این امکان را به ما میدهد که با داشتن اطلاعاتی از جنس پره دارای ترک و شرایط بارگذاری، بحرانی بودن یا نبودن ترکها را تشخیص داده که در نهایت ما را در استفاده یا عدم استفاده از این پره ها راهنمائی خواهد کرد.

وسایل پرنده زیر آب می توانند به کمک تشکیل حباب در اطراف خود، به سرعتهای بالایی دست یابند؛ با این حال، رسیدن به این سرعتها چالش های زیادی در پایداری و عملکرد پروازی وسیله در برخواهد داشت. در یک سناریوی پروازی ایده آل، کل وسیله در داخل حباب قرار دارد. اما، در عمل اغتشاشات باعث می شوند تا وسیله به مرز بین آب و گاز برخورد نماید. در این مواقع، نیروهای تولید شده در مرز حباب به عنوان نیروهای پلنینگ شناخته می شوند. این پایان نامه، به بحث در مورد دینامیک و کنترل اجسام پر سرعت زیر آب می پردازد. معادلات حرکت وسیله همراه با اثرات غیرخطی برخورد به دیواره حباب، نیروهای پلنینگ، در مدلسازیها بررسی شده است. در مرحله اول، برای اعتبار سنجی مدل سازی نیروی پلنینگ، دو مدل در دسترس و یک مدل تجربی جدید برای پیش بینی این نیرو در نظر گرفته شده است. با ترکیب و بهره گیری از این مدلها، در ابتدا چهار روش معرفی و سپس این روشها، از طریق شبیه سازی پروازی دو مورد نتایج تجربی در دسترس مقایسه گردیده است. در مرحله بعد، کنترلر pid در کنار دینامیک غیر خطی پیچیده این وسیله، با توجه به نیروی پلنینگ، مانور چرخش به سمت همراه با غلتیدن آن و اثرات تحریک ناقص بررسی شده است. بالک کنترلی حباب ساز ، تنها دارای یک درجه آزادی در کانال پیچ است که وسیله را ملزم به مانورچرخش به سمت همراه با غلتیدن می نماید. علاوه بر این، به دلیل استفاده از تنها دو ورودی کنترلی، بالک کنترلی حباب ساز و شهپر ، این وسیله پر سرعت از نوع سیستمهای تحریک ناقص می باشد. کنترل این وسیله به دلیل این پدیده های پیچیده و همچنین اثرات غیرخطی تعامل با حباب و محدودیت شدید استفاده از حسگرها در زیر آب چالش برانگیز است. برای تعیین عمق در این وسیله با توجه به وجود حباب در اطراف بدنه نمی توان از سنسور فشار استاتیک استفاده نمود؛ با این وجود در روشی ابتکاری در راستای به دست آوردن عمق وسیله، از این حسگر برای اندازه گیری فشار درون حباب، که شامل فشار گاز تزریقی و بخار آب است، استفاده شده است. عملکرد سیستم کنترل با مقایسه نتایج شبیه سازی و داده های دردسترس آزمایش تجربی در شرایط پرواز واقعی مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین مقاومت سیستم کنترل، با انجام تجزیه و تحلیل اولیه خطای پارامترها بررسی شده است. برای بهبود عملکرد خلبان خودکار، یک کنترل سوئیچینگ ترکیبی مقاوم برای مقابله با رفتار غیر خطی این وسیله در هنگام برخورد با مرز آب و حباب به کار گرفته شده است. در حالت کلی، مقدار نیروی پلنینگ و اثر آن بر دینامیک وسیله قابل توجه است. اما، مدلسازی این نیرو با توجه به اینکه مدل سازی تعامل بین وسیله، آب و حباب هنوز به خوبی درک نشده است، معمولا ساده شده و در نتیجه غیر دقیق است. بنابراین، شناسایی نیروی پلنینگ از اهمیت زیادی برخوردار است. برای این منظور، مدل سازی نیروی پلنینگ درحالت سه بعدی بهبود داده شد. سپس، شناسایی برخط این نیرو بر اساس به کارگیری تئوری لیاپانوف در طراحی کنترلر مذکور در نظر گرفته شد که در نتیجه پایداری سیستم تضمین می شود. همچنین نیروی پلنینگ شناسایی شده، همراه با مقادیر اصلی در حرکت طولی و عرضی مورد بحث قرار گرفته است. در ادامه، عملکرد سیستم کنترل در حضور تاخیر زمانی حباب (اثر حافظه ) و دو نوع مانور مختلف چرخش به سمت همراه با غلتیدن و چرخش به سمت همراه با سرخوردن مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان، عملکرد دو روش کنترل کلاسیک (pid) و کنترل تطبیقی سوئیچینگ هیبرید پیشنهادی، برای کنترل این وسیله مورد مطالعه قرار گرفته است. در این راستا، مقایسه ارزیابی عملکرد این دو کنترلر از طریق شبیه سازی مونت کارلو جهت بررسی احتمال برخورد انجام گرفته است. نتایج 200 اجرای شبیه سازی مونت کارلو، مقاومت بهتر سیستم کنترل پیشنهادی در حضور عدم قطعیت پارامترها در دینامیک وسیله، شرایط پرواز، مدلسازی سنسورها، و مدل نیروی پیشبرندگی را نشان می دهد.

باریکه ی آب بندی، قطعه ای است که در توربین ها و کمپرسورها برای جلوگیری از نشت داخلی سیال به کار گرفته می شود. این قطعه به روش شکل دهی ورق ساخته می شود. هدف این تحقیق، طراحی فرایند ساخت این قطعه و مدل سازی این فرایند است. این موضوع از چند جهت دارای اهمیت است: اول اینکه این قطعه تأثیر چشم گیری در افزایش راندمان ماشین و کاهش هدر رفتن انرژی در آن دارد؛ دوم اینکه هزینه ی ساخت داخلی این قطعه کمتر از یک درصد هزینه ی خرید خارجی آن است؛ سوم اینکه می توان از این مدلسازی در موارد مشابه برای ساخت انواع قطعاتی که با استفاده از روش شکل دهی ورق ساخته می شوند، الگو گرفت. در این تحقیق اثر پارامترهای متنوعی از جمله: میزان لقی بین قالب ها و قطعه، شعاع فیلت لبه های خم کننده، قطر خم کننده ی غلتکی و خصوصیات مکانیکی ماده بر میزان بازگشت الاستیک و سایز نهایی قطعه، بررسی شده است.

با پیشرفت های حاصل شده در زمینه مواد هوشمند به ویژه پیزوالکتریک ها، استفاده از این مواد به عنوان سنسور و عملگر در سیستم های مختلف جایگاه ویژه ای یافته و افزایش روز افزونی داشته است. یکی از زمینه های کاربرد این مواد استفاده از آنها به عنوان سنسور و عملگر به منظور کاهش ارتعاشات در سازه های الاستیک از جمله ربات های انعطاف پذیر است. در این پایان نامه ابتدا با استفاده از معادلات متشکله استاندارد پیزوالکتریک و همچنین استفاده از روش انرژی مجموع انرژی جنبشی و کار انجام شده بر روی یک ربات یک عضوی و دو عضوی که قطعات pzt، به عنوان سنسور و عملگر، بر روی آن قرار گرفته محاسبه شده است و سپس با استفاده از روش لاگرانژ معادلات حاکم سیستم استخراج شده است. با توجه به خصوصیات ویژه این معادلات و با بهره گرفتن از روش اغتشاشات تکین دینامیک سیستم به دو زیر سیستم کند و سریع تقسیم می شود. بدین ترتیب روابط موجود به منظور طراحی کنترلر مطلوب به فرم مناسب در می آید. پس از طراحی کنترلر برای دو زیر سیستم کند و سریع با توجه به نتایج شبیه سازی انجام شده می توان نحوه ی عملکرد پیزوالکتریک ها به عنوان سنسور و عملگر مشاهده کرد و تاثیرات مثبت آن در کاهش ارتعاشات سیستم را دریافت