در این تحقیق یک مدل اصلاح شده مرتبه بالا برای تحلیل استاتیکی و دینامیکی تیرهای مرکب چند لایه و ساندویچی شامل لایه های پیزوالکتریک ارائه شده است. مدل معرفی شده انعطاف پذیری عرضی و نیز اثرات تنش ها و کرنش های عرضی قائم تیر را نیز در نظر میگیرد. اثرات کرنش های عرضی قائم القا شده در لایه های پیزوالکتریک نیز در فرمولاسیون لحاظ شده اند. با وجود در نظر گرفتن مولفه درون صفحه ای میدان الکتریکی، شرایط پیوستگی تمامی مولفه های جابجایی و تنش در سطوح تماس لایه ها برآورده میگردند. برخلاف بسیاری از تئوریهای ارائه شده موجود، مدل معرفی شده در این تحقیق شرایط مرزی غیر صفر تنشهای عرضی برشی و قائم بر روی سطوح بالا و پایین تیر را نیز برآورده مینماید. مولفه درون صفحه ای میدان جابجایی تیر از ترکیب یک چند جمله ای، یک عبارت نمایی و یک عبارت که شامل مشتق اول مجهولات الکتریکی لایه های پیزوالکتریک میشود، تشکیل شده است. مولفه عرضی تیر نیز از ترکیب یک چند جمله ای پیوسته مرتبه چهار بهمراه یک عبارت که شامل مجهولات الکتریکی لایه های پیزوالکتریک میشود، تشکیل شده است. در راستای ضخامت هر لایه پیزوالکتریک نیز یک پتانسیل الکتریکی مرتبه دوم در نظر گرفته شده است. از جمله دیگر مزیتهای مدل پیشنهادی این است که تعداد مجهولات مکانیکی آن مستقل از تعداد لایه هاست. علاوه بر این، مدل اجزا محدود بکار گرفته شده نیز عاری از پدیده ی قفل شدگی برشی است. بمنظور صحت سنجی، نتایج بدست آمده از مدل پیشنهادی با نتایج حاصل از تحلیل پیزوالاستیسیته و نیز نتایج حاصل از تحلیل اجزا محدود (abaqus) مقایسه شده اند. بدین منظور نمونه های مختلفی از تیرهای مرکب چند لایه و ساندویچی پیزوالکتریک که پارامترهای هندسی، چیدمان لایه ها، شرایط مرزی مکانیکی و الکتریکی آنها با یکدیگر متفاوت اند انتخاب و تحلیل خمشی، ارتعاش آزاد و اجباری آنها با استفاده از مدل پیشنهادی انجام شده است. مقایسه نتایج نشان میدهد که مدل پیشنهادی علاوه بر کم هزینه بودن به لحاظ محاسباتی قادر است فرکانسهای طبیعی، شکلهای مودی، پاسخ الکترواستاتیکی و ارتعاش اجباری تیرهای مرکب و ساندویچی پیزوالکتریک را با دقت بسیار بالایی تحت شرایط مرزی مختلف الکتریکی و مکانیکی پیش بینی نماید.

در این رساله تکنیک هایی برای بهینه سازی ورق های مرکب لایه ای ارائه شده است. بهینه سازی به روش الگوریتم ژنتیک و حل تحلیلی مسئله به روش اجزا محدود می باشد. برای اعمال الگوریتم ژنتیک از کدگذاری و عملگرهای مخصوص ورق های مرکب لایه ای استفاده گردیده است. توابع هدف چند متغیره برای بهینه نمودن همزمان خصوصیات مورد نظر از جمله وزن، تغییر مکان و هزینه در نظر گرفته شده است. در روند بهینه سازی با تغییر جنس ماده و تغییر جهت گیری الیاف لایه ها، مسائل به سمت رسیدن به نتایج بهینه برای توابع هدف هدایت شده اند. در این تحقیق این امکان وجود دارد که جهت گیری های الیاف در سطح هر لایه (جهت گیری محلی)، برای رسیدن به جواب های مناسب تر تغییر نمایند، که برای در نظر گرفتن اثرات جهت گیری های محلی، قبل از این راه حل مناسبی ارائه نشده بود. در متن رساله تعدادی مسئله حل شده است تا فراگیری این روش، برای حل انواع مسائل با شرایط تکیه گاهی و حالات بارگذاری استاتیکی متفاوت، نشان داده شود. روند بهینه شدن جواب برای تابع هدف در هر مسئله، آورده شده است؛ همچنین در بعضی از مسائل اثر جهت گیری محلی، در نظر گرفته شده است که این اثر باعث بهبود مقدار تابع هدف می گردد. در انتها نیز میزان تأثیر هر کدام از عملگرها و خصوصیات الگوریتم ژنتیک در سرعت و روند بهینه سازی با ارائه ی نمودارهایی بررسی شده است.

از ترکیب چند نوع مصالح با ویژگی های مکانیکی مشخص مصالحی جدید با ویژگی های مکانیکی نامعلوم حاصل می شود. جهت تعیین ویژگی های مصالح مرکب، نیاز به انجام آزمایش های متعددی می باشد. از آن جا که انجام آزمایش فرآیندی پرهزینه و زمان بر می باشد در سال های اخیر مطالعات گسترده ای جهت حل این مشکل صورت گرفته است. به طور کلی می توان مطالعات صورت گرفته در این زمینه را به دو دسته روش های میکرومکانیک و ماکرومکانیک تقسیم کرد. در روش های ماکرومکانیک، ویژگی های مکانیکی مواد مرکب از طریق روش های آزمایشگاهی تعیین می گردد. در روش های میکرومکانیک از طریق بررسی ویژگی های مواد سازنده، ویژگی های مصالح مرکب تخمین زده می شود. دقت روش های میکرومکانیک از طریق مقایسه با روش های ماکرومکانیک یا همان روش های آزمایشگاهی سنجیده می شود. هدف از روش های میکرومکانیک، دستیابی به روابطی دقیق جهت تخمین ویژگی های مکانیکی مواد مرکب می باشد. از طریق روش های میکرومکانیک می توان به راحتی و بدون نیاز به ساخت مصالح مرکب در آزمایشگاه ویژگی های مکانیکی مانند مدول الاستیسیته را تخمین زد. اگرچه روش های میکرومکانیک فراوانی وجود دارد اما تعداد محدودی از آنها پیش بینی های دقیقی از ویژگی های مصالح مرکب ارائه می دهند. از این رو انتخاب یک روش مناسب جهت پیش بینی ویژگی های مصالح مرکب حائز اهمیت می باشد. در این پژوهش تعدادی از روش های میکرومکانیک شامل مدل رئوس و ویت، کران های هاشین واشتریکمن، مدل هیرش، مدل اشلبی، مدل کاونتو، مدل موری-تاناکا و مدل خودسازگار جهت پیش بینی ویژگی های مکانیکی مصالح مرکبی چون بتن معمولی، بتن پلیمری، بتن غلطکی، ملات ماسه و سیمان به کار گرفته شده اند. نتایج حاصله از روش های میکرومکانیک با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. همه مواد به کار رفته در این پژوهش ایزوتروپ در نظر گرفته شده اند. به دلیل گستردگی ویژگی های مصالح مرکب در این تحقیق تنها به پیش بینی دو ویژگی مهم این مواد یعنی مدول الاستیسیته و ضریب پواسون پرداخته شده است.

با توجه به توسعه شهرنشینی و محدودیت ابعاد زمین در طرح جامع شهری و لزوم استفاده از فضاهای زیرزمینی، گودبرداری در مناطق شهری اهمیت بسزائی یافته است. محدودیت ابعاد زمین درمناطق شهری مهندسان را ناگزیر از انجام خاکبرداری با جداره های قائم و یا نزدیک به قائم ساخته است. بر این اساس تأمین پایداری این گودبرداری ها بخصوص با توجه به بار اعمالی ناشی از سازه های مجاور، مهندسان عمران را با چالش استفاده از سازه نگهبان مواجه ساخته است. یکی از روش هایی که امروزه برای گودبرداری های شهری به خصوص گودبرداری های عمیق در مناطق شهری متداول است روش اجرای شمع های درجا می باشد. هدف این تحقیق، تأثیر اجرای شمع های درجا در پایداری گودبرداری شهری و پارامترهای موثر بر آن از طریق مدلسازی عددی به روش اجزا محدود می پردازد. جهت تحلیل اجزا محدود از نرم افزارabaqus استفاده شده است. در ابتدا مدل اجزا محدود از طریق مقایسه با نتایج آزمایشگاهی صحت سنجی شده است. در ادامه خاک های تک لایه و چند لایه با مشخصات ژئوتکنیکی متفاوت با استفاده از نرم افزار مدلسازی و تأثیر عواملی چون چسبندگی خاک، زاویه اصطکاک، زاویه اتساع، مدول الاستیسیته، شکل هندسی شمع، مقدار سربار، رطوبت در خاک های تک لایه و چند لایه و اجرایی تیر رابط .برتغییر مکان های افقی و قائم دیواره گودبرداری مورد بررسی قرار گرفته اند.