هدف از این پایان نامه بررسی و مدلسازی ایجاد و رشد ترک بین لایه ای در مواد مرکب چند لایه می باشد. بدین منظور یک ناحیه خرابی میان لایه های مواد مرکب تعریف می شود. با استفاده از تیوری مکانیک خرابی پیوسته، قانون متشکله بین لایه ای مناسبی برای تخصیص به ناحیه خرابی بسط داده می شود و با انجام فرض های متفاوت، سه مدل الاستیک-پلاستیک، الاستیک-خرابی و الاستیک-پلاستیک-خرابی برای بین لایه بدست می آید. در ادامه روش شناسایی هر کدام ازمدل ها بحث شده و تست هایی که امکان استفاده از نتایج آنها وجود دارد توضیح داده می شوند. به منظور توضیح بخش های توسعه کد محاسباتی، ابتدا المان بین لایه ای بکار گرفته ارایه شده و ماتریس سختی آن بدست می آید. از آنجایی که برخی از مسایلی که قرار است با این کد حل شوند دارای ابعاد و درجات آزادی زیادی می باشند و به منظور استفاده بهینه از حافظه و قدرت محاسبه رایانه، روش ستون های فعال و نحوه ذخیره سازی به کمک آن توضیح داده می شود. برای بررسی قوانین متشکله بدست آمده، بارگذاری مستقیمی روی المان بین لایه به صورت یک جهته و نیز چند جهت اعمال می شود. پس از بررسی هر کدام از مدل در بار گذاری و بار برداری، دو نمونه متفاوت تست dcb حل شده و نتایج آن با نتایج روش های عددی دیگر و نتایج تجربی موجود مقایسه می گردد که انطباق مناسبی بین آنها مشاهده می شود. در انتها برای اولین بار از المان بین لایه برای تعیین بار شکست نهایی تعدادی چند لایه متاثر از پدیده لبه های آزاد استفاده می گردد. این بین لایه ها به گونه ای انتخاب شده اند که تنش برشی در آنها غالب باشد. نتایج بدست آمده از این بخش دارای دقت مناسبی می باشند و نشان دهنده قابلیت این روش در پیش بینی بار نهایی شکست قطعاتی با مود خرابی غالب جدایش بین لایه ای است.

در این پایان نامه با استفاده روش نوار محدود اسپلاین تحلیل رفتار کمانش و پس از کمانش صفحات ایزوتروپ و ساخته شده از مواد مرکب صورت گرفته است و از تیوری صفحه مرتبه سوم ردی برای مدل سازی رفتار صفحه استفاده شده که باعث می شود قابلیت تحلیل صفحات ضخیم نیز به تیوری نوار محدود اسپلاین اضافه شود. در این راستا تیوری های مختلفی که برای تحلیل صفحات وجود دارد بیان شده و تفاوت های آن ها از جهت توابع تغییر مکان مربوط، کرنش ها و روابط متشکله حاکم مورد برررسی قرار گرفته است. هم چنین با بررسی تحقیقات صورت گرفته بر روی تحلیل صفحات با استفاده از تیوری نوار محدود انواع مختلف نوار محدود و هم چنین انتخاب های گوناگونی که برای توابع شکلی مورد استفاده در طول و عرض نوار محدود وجود دارد بیان شده است. در ادامه با بیان معادلاتی که رفتار پایداری سازه ها را بیان می کند تحلیل های مربوط به تیر اولر و تیر مرتبه سوم ردی- بیکفورد صورت گرفته است سپس با توسعه دادن روابط مربوط به تیر تحلیل کمانش صفحه مرتبه سوم و صفحه کلاسیک صورت گرفته است و نتایج بررسی شده است. پس از آن با بیان روش نیوتن رافسون از آن برای تحلیل های غیر خطی هندسی و پس از کمانش صفحات کلاسیک و مرتبه بالا استفاده شده و نتایج به دست آمده از تحلیل حاضر با نتایج دیگر محققان مقایسه شده است.

در رساله حاضر فرمولاسیون روش نوار محدود کاملا تحلیلی جهت بررسی رفتار کمانش و پس از کمانش سازه های صفحه ای جدار نازک فلزی و ارتوتروپ ارایه شده است. میدانهای جابجایی در حالت کمانش سازه های صفحه ای جدار نازک فلزی و ارتوتروپ ارایه شده است. میدانهای جابجایی در حالت کمانش و پس از کمانش نوار محدود مفروض در این پروژه کاملا بر اساس حل تحلیلی هر دو معادله تعادل و سازگاری ون-کارمن بدست آمده اند. شکل مودهای کمانشی از طریق حل معادله تعادل ون-کارمن بدست می آیند حل معادله تعادل در نهایت به یک مساله مقدار ویژه پیجیده منتهی می شود که حل آن از طریق روش های معمول مسایل مقدار ویژه مقدور نمی باشد در مسایلی که به مسایل مقدار ویژه پیچیده ختم می شوند لازم است الگوریتمی توسعه داده می شود که در آن بتوان تعداد مقادیر ویژه کوچکتر از یک مقدار دلخواه و حدسی را محاسبه نمود. در این رساله از معروفترین و معتبرترین الگوریتم که هیچیک از مقادیر ویژه را ازدست نمی دهد استفاده شده است که با عنوان الگوریتم که هیچک از مقادیر ویژه را از دست نمی دهد استفاده شده است که با عنان الگوریتم w-w نام برده می ش ود شایان ذکر است که الگوریتم w-w مقدار مقادیر ویژه را محاسبه نمی کند بلکه تنها تعداد آ>ها را در یک بازه مشخص می نماید تا بتوان با استفاده از آن الگوریتم هایی را بکار برد که بتوانند مقدار عددی مقادیر ویژه را نیز محاسبه کنند. در این رساله از دو روش مطمین برای محاسبه مقادیر و بردارهای ویژه به نام های روش تقسیمات متوالی و روش بازگشتی نیوتن استفاده شده است. پس از استخراج بار کمانشی و در نهایت شکل مود کمانشی میدان جابجایی خارج از صفحه در مرحله پس از کمانش بصورت ضرایبی را از این شکل مودهای کمانشی با عنوان ضرایب جابجایی) فرض می گردد. با استفاده از میدان جابجایی مفروض برای شکل خارج از صفحه در حالت پس از کمانش تابع تنش airy از طریق حل معادله سازگاری ون –کارمن بدست می آید میدان های جابجایی داخل صفحه نیز از تابع تنش محاسبه شده استخراج می شوند. اگر در میدان جابجایی خارجاز صفحه در مرحله پس از کمانش تنها از یک مود کمانشی و آنهم از مود اول استفاده شود آنالیز از نوع تک ترم می باشد که با این آنالیز مقدار افت سختی پس از کمانش در نقطه کمانش بصورت دقیق محاسبه می شود اما برای تخمین رفتار پس از کمانشی استفاده از مودهای کمانشی بیشتر در تخمین میدان جابجایی خارج از صفحه مورد نیاز است پس از محاسبه میدان های جابجایی داخل صفحه با میدان جابحایی خارج از صفحه مورد نیاز است. پس از محاسبه میدان های جابحایی داخل صفحه با استفاده از مبحث تعادل نیروی در لبه به استخراج ماتریس سختی هر نوار در مرحله پس از کمانش پرداحته می شود که پس از انجام فرایند اسمبلی می توان درجات آزادی میدان های جابجایی داخل صفحه را نیز محاسبه نمود ضرایب جابجایی که در میدان های جابجایی وجود دارند و انها را با عنوان ضرایب ریلی-رینتزی نیز می توان شناخت توسط اصل مینیمم انرژی پتانسیل بدست می آیند در این متد میزان حافظه اشغال شده در کامپیوتر بسیار کم می باشد واز استفاده از روش های سعی و خطایی که برای حل دستگاه معادلات غیر خطی بکار گرفته می شوند اجتناب شده است نتایج حاصل از روش بسط داده شده در این پایان نامه با نتایج روش های متداول و مرسوم دیگر مانند روش المان محدود نوار محدود نیمه تحلیلی و نوار محدود نیمه انرژی مقایسه شده و مزایا و معایب آن نورد بررسی قرار گرفته است.

در رساله دکتری حاضر روشی نیمه تحلیلی به نام روش نوارمحدود نیمه انرژی چندترمی جهت تحلیل رفتار پس ازکمانش سازه های جدارنازک کامپوزیتی ارایه شده است. در روش پیشنهادی یک تابع شکلی شامل یک سری درجات آزادی به عنوان تابع تغییر مکان خارج صفحه تعریف میگردد. در این تابع، تغییرات تغییرمکان خارج صفحه در امتداد طولی به صورت توابع هارمونیک و تغییرات عرضی این تابع تغییر مکان به صورت توابع چندجمله ای فرض میشوند. با جایگذاری تابع تغییرمکان خارج صفحه در معادله سازگاری ون کارمن و حل تحلیلی بر روی یک نوارمحدود، تنش های داخل صفحه محاسبه میگردند. سپس با انتگرال گیری از تنش های محاسبه شده و اعمال قضیه هوک برای مواد مرکب لایه ای، توابع تغییرمکان داخل صفحه تعیین میگردند. درادامه با تعریف درجات آزادی برتوابع تغییرمکان داخل صفحه محاسبه شده، ثابت های انتگرال گیری حل تحلیلی محاسبه میشوند. در نهایت با استخراج رابطه انرژی پتانسیل نوار محدود بر حسب درجات آزادی و اعمال اصل مینیمم انرژی پتانسیل شکل معادلات تعادل غیرخطی استخراج میگردند که با روی هم گذاری این معادلات برای یک صفحه یا سازه صفحه ای متشکل از مواد مرکب لایه ای که به نوارهای محدود تقسیم شده اند، معادله غیرخطی تعادل کل سازه برحسب درجات آزادی نوارهای محدود به دست می آید، که با اعمال شرایط مرزی مناسب، معادلات استخراج شده با به کارگیری روش تکرار نیوتن-رافسون قابل حل میباشند. روش ارایه شده توسط نرم افزار matlab به یک کدکامپیوتری تبدیل شده و صحت وحساسیت آن با استفاده از روش اجزاءمحدود (نرم افزار ansys) و روش نوارمحدود تمام انرژی مورد ارزیابی قرارگرفته است. لازم به ذکر است که روش نوارمحدود تمام انرژی در چند دهه اخیر توسط محققان مختلف جهت بررسی رفتار پس ازکمانش سازه های کامپوزیتی مورد استفاده قرارگرفته است. در این راستا به منظور استخراج نتایج روش نوارمحدود تمام انرژی یک کدکامپیوتری به زبان برنامه نویسی fortran توسط نگارنده تهیه شده است. لازم به ذکر است که مطالعات پارامتری مختلفی بر روی رفتار پس از کمانش صفحات و مقاطع کامپوزیتی جدارنازک صورت گرفته است که کلیه نتایج بیانگر دقت روش نوارمحدود نیمه انرژی ارایه شده در این پایان نامه میباشند. همچنین بر اساس نتایج ارایه شده میتوان نتیجه گرفت که از نظر دقت و اقتصاد محاسباتی روش نوارمحدود نیمه انرژی برتری کاملی نسبت به روش نوارمحدود تمام انرژی دارد و دلیل این امر استفاده از حل تحلیلی در فرمولاسیون روش نوارمحدود است. شایان ذکر است که مشارکت علمی پایان نامه حاضر عبارت است از حل تحلیلی معادله سازگاری ون کارمن برروی یک نوارمحدود متشکل از مواد مرکب لایه ای و ارایه روش نوارمحدود نیمه انرژی چندترمی برمبنای آن و انجام یک سری مطالعات بر روی رفتار پس از کمانش صفحات و مقاطع کامپوزیتی جدارنازک به کمک این روش، که برای اولین بار توسط نگارنده در مراجع معتبرعلمی ارایه شده است.

در این پایان نامه تحلیل کمانش صفحات چند لایه کامپوزیت با لایه های پیزوالکتریک بر اساس تئوری کیرشهف و با استفاده از المان خمشی 15 درجه آزادی انجام گرفته است . فرمولاسیون لایه های پیزو الکتریک پس از اعمال روش اجزای محدود ، به عنوان بار خارجی دو محوره عمل می کند و لذا درجات آزادی المان فقط مکانیکی می باشند و از درجات آزادی الکتریکی در المان استفاده نشده است . معیار خطی کمانش اویلر برای رفتارپایداری صفحات نازک و کامپوزیت با لایه های پیزوالکتریک بکار گرفته شده است . فرمولاسیون ماتریس های سختی و سختی هندسی استخراج شده و با استفاده از انتگرال گیری عددی محاسبه شده اند.حل عددی معادلات کمانش با استفاده از روش چرخش ژاکوبی انجام شده است و نهایتا" نتایج تحلیل کمانش عددی برای چندین مثال با بارگذاری الکتریکی و مکانیکی نمایش داده شده و پتانسیل و بار بحرانی کمانش با حل های تئوری دقیق مقایسه شده اند .

در این پژوهش برای ایجاد ساختار مزومتخلخل منظم از قالبگیر پلیمری p123 استفاده شد. فیلم لایه نازک tio2 مزومتخلخل دوپ شده با کروم به روش سل ژل سنتز و با استفاده از روش پوشش دهی چرخشی، لایه نشانی شد. بعد از لایه نشانی، عملیات پیرسازی و کلسینه کردن فیلم ها انجام شد. تصاویر میکروسکوپ نوری نمونه ها نشان داد که سطح نمونه ها صاف و یکنواخت و به دور از هرگونه آلودگی می باشد. آنالیز پراش پرتو ایکس، حضور فاز آناتاز tio2 در ساختار فیلم ها را تائید کرد. با انجام آنالیز طیف سنجی uv-visible در این پژوهش این نتایج حاصل شد که ایجاد ساختار tio2 مزومتخلخل و استفاده از کروم تغییراتی در میزان جذب نور، محدوده جذب نور و مقدار انرژی باند ممنوعه ایجاد می کند که در میزان بازده تاثیر گذار می باشد. کروی بودن ذرات tio2 در تصاویر afm مشاهده شد و این تصاویر تائید کرد که تمامی نمونه ها ساختار مزومتخلخل دارد. استفاده از آنالیز عنصری pixe نشان داد که در ترکیب فیلم مزومتخلخل لایه نازک tio2 دوپ شده با کروم عناصر تیتانیوم و کروم موجود است. با استفاده از این آنالیز مقدار تمامی عناصر موجود در ترکیب نمونه ها با دقت ppm1 مشخص شد. ضخامت فیلم ها با استفاده از تکنیک rbs اندازه گرفته شد و مقدار آن برای تمامی نمونه ها زیر 300 نانومتر به ثبت رسید. همچنین این روش حضور عنصر کروم را در فیلم های مزومتخلخل لایه نازک tio2 دوپ شده با کروم نشان داد. آنالیز مشخصات سلول خورشیدی نشان داد که استفاده از فیلم tio2 مزومتخلخل دوپ شده با کروم در سلول خورشیدی حساس شده به رنگینه کارایی این تجهیزات را افزایش می دهد. نمونه دو درصد کروم، بیشترین بازده را برای سلول خورشیدی به ثبت رساند.

در این پژوهش برای سنتز پودر هیدروکسی آپاتیت نانومتخلخل از روش سل-ژل استفاده شد. با استفاده از پیش مواد کلسیم، فسفر و قالب گیر غیر یونی، سل های فسفری و کلسیمی تهیه گشت. سپس با مخلوط کردن سل فسفری و کلسیمی سل اولیه هیدروکسی آپاتیت تهیه شد. در مرحله های بعدی سنتز، سل اولیه تحت عملیات پیرسازی به ژل تبدیل شد و در نهایت پس خشک شدن ژل و انجام سیکل عملیات حرارتی مناسب ضمن خروج قالب گیر پودر نانومتخلخل هیدروکسی آپاتیت سنتز شد. پس از دستیابی به روش سنتز مناسب و بهینه سازی آن، مشخصه های موثر بر ریخت شناسی نانوتخلخل ها و نظم گیری آنها مورد بررسی قرار گرفت. از مهمترین عامل های موثر بر ساختار مواد نانومتخلخل می توان مقدار قالب گیر و سیکل عملیات حرارتی را نام برد. در این پژوهش از روش های بررسی مناسب جهت بررسی ریخت شناسی پودرهای سنتز شده، ساختار بلوری و ویژگی های تخلخل ها استفاده شد. ریخت شناسی پودر و بررسی عنصری به وسیله ی میکروسکوپ الکترونی عبوری، ساختار بلوری به وسیله پراش اشعه ایکس، شناسایی کیفی با کمک دستگاه طیف سنجی مادون قرمز و اندازه و شکل تخلخل ها با روش جذب و دفع نیتروژن بررسی گردید. نمونه ای که در حضور بیشترین مقدار قالب گیر و در دمای c ?700 سنتز شده است، اگرچه از نمونه سنتز شده در دمای c ?900 ویژگی های بلوری ضعیف تری دارد اما دارای تخلخل های کوچکتر، نظم، مساحت سطح ویژه و حجم بیشتری است که این امر موجب افزایش چشم گیر زیست سازگاری هیدروکسی آپاتیت در محیط بدن میگردد

به دلیل شکل پذیری ضعیف آلیاژ های منیزیم، کاربردی های این آلیاژ در دمای پایین محدود شده است. با توجه به این که با بررسی و کنترل بافت آلیاژ می توان باعث بهبود شکل پذیری شد، بدین صورت که بافت قوی باعث شکل پذیری ضعیف و بافت ضعیف منجر به شکل پذیری مناسب آلیاژ مورد نظر می شود، در این پژوهش، رفتار بافت حاصل از آزمون فشار گرم آلیاژ منیزیم az63 در نرخ کرنش و دما های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. آزمون های فشار در دمای c° 250،°c 300 و °c 350 و نرخ کرنش های s-1 01/0 و s-1 1 بر روی نمونه ریخته گری و نمونه اکسترود شده، انجام شد. نتایج نشان دهنده تاثیر دوقلویی ها در دمای پایین و تبلور مجدد در دمای بالا بر تغییرات بافت می باشد.