ردیابی ترک در مراحل اوّلیه ایجاد آن، به منظور تعمیر و نگهداری سازه و در مواردی حفظ جان آدمی از اهمیت فراوانی ‏برخوردار است. در طول سه دهه گذشته تلاشهای فراوانی به منظور گسترش و بهبود روشهای ردیابی غیر مخرب انجام شده است. ‏این تلاشها از آن جهت ارزشمند می باشد که بدانیم سالیانه مبالغ زیادی صرف تعمیر و نگهداری سازه هایی مانند پلهای بزرگراهها و ‏یا تجهیزات دوار موجود در پالایشگاهها و نیروگاهها می شود. ‏ در قسمت اول این پایان نامه، به مطالعه روش ردیابی ترک، بر مبنای تغییرات فرکانس ارتعاشی سازه پرداخته شده است. ‏ترک به کمک مدل فنر چرخشی مدلسازی شده و به کمک روش ماتریس انتقال، معادله مشخصه ارتعاشی تیر ترکدار با شرایط ‏مرزی متفاوت بدست آمده است. سپس معادلاتی که تغییرات فرکانس طبیعی تیر را به پارامتر نشان دهنده ترک مربوط می سازد، ‏بدست آمده است. این دستگاه معادلات به روشی دقیق تر از سایر مراجع حل گردیده و نتایج ردیابی ترک بهبود یافته است. به ‏کمک چند مثال، دقت روش پیشنهادی برای ردیابی موقعیت و اندازه ترک با سایر مراجع مقایسه گردیده است. همچنین بر خلاف ‏مراجع دیگر که برای ردیابی چند ترک همزمان اثر هر ترک را به صورت جداگانه در نظر گرفته و از معادله مشخصه تیر حاوی یک ‏ترک به ردیابی ترکها پرداخته اند، در پژوهش حاضر از معادله مشخصه تیر حاوی دو ترک برای ردیابی دو ترک همزمان استفاده ‏شده و در نتیجه نتایج ردیابی عمق و موقعیت ترکها بهبود یافته است.‏ در قسمت دوم پایان نامه به کمک روش بروزرسانی مدل المان محدود به ردیابی ترک پرداخته شده است. برای مدلسازی تیر ‏ترکدار از مدل کاهش ممان اینرسی تیر در اطراف ترک استفاده شده است. در این بخش نشان داده میشود که بدون استفاده از ‏روش بروز رسانی مدل المان محدود و تنها با رسم رویه سه بعدی جذر میانگین مربعی ‏ درصد خطای فرکانسها برحسب موقعیت و ‏عمق ترک و یافتن مینیمم این رویه نیز میتوان به ردیابی ترک پرداخت. همچنین نشان داده میشود که مدل ارائه شده برای ‏شرایط مرزی تیر یکسرگیردار چندان دقیق نیست، در نتیجه موقعیت و عمق ترک را نمیتوان در این حالت به کمک این دو روش ‏با دقت مناسبی پیش بینی نمود.‏ دربخش پایانی به مدلسازی تیر ترکدار در نرم افزارansys‏ به کمک مدل فنر چرخشی و مدل کاهش سفتی خمشی ‏پرداخته شده است. برای مدلسازی تیر از المانهای مختلفی مانند المان ‏beam2d، المان ‏plane82‎‏ و همچنین المان سه ‏بعدیsolid95‎‏ استفاده شده است. نتایج حاصل از مدلسازیها به خوبی بر نتایج تجربی که در سایر مراجع به آنها اشاره شده است، ‏منطبق می باشد. همچنین مزایا و معایب دو روش ردیابی ترک، که در بخشهای پیشین به آنها اشاره گردید، با ذکر چند مثال بیان ‏گردیده است.‏

تیرهای انحنادار کاربرد زیادی در سازه های فضایی، پل های راه آهن و حتی تجهیزات شهر بازی ها دارند. تأثیر بارهای دینامیکی روی سازه ها بسیار بیشتر از بارهای استاتیکی بوده و صرف نظر کردن از اثر دینامیکی بارها جایز نیست. یکی از موارد مورد توجه محققین، مدل سازی یک پل تحت تأثیر حرکت خودروها و قطارها می باشد. در کارهای تحلیلی مطالعات اولیه بر اساس تئوری کلاسیک تیر و بدون در نظر گرفتن اثرات تغییر شکل برشی و اینرسی چرخشی انجام شده است، ولی در کارهای بعدی مدل های دقیق تری بر اساس تئوری تیر تیموشنکو نیز ارائه گردیده است. همچنین با استفاده از روش گالرکین که یک روش تحلیلی تقریبی می باشد، معادلات جابه جایی برای ارتعاشات درون صفحه ای و بیرون صفحه ای تیر انحنادار تیموشنکو بدون جاذب ارتعاشات حل شده است. به موازات کارهای تحلیلی، مقالاتی نیز به کمک روش های المان محدود به بررسی ارتعاشات تیر انحنادار پرداخته اند. در این تحقیق ابتدا در مورد تیرها و انواع تئوری های آن بحث می شود، و پس از بررسی چند نمونه از مقالات ذکر شده، با ترکیب کردن نقاط قوت هر یک، فرمول بندی بهتری برای المان محدود تیر انحنادار نسبت به این مقالات استخراج شده است. سپس، ارتعاشات اجباری تیر انحنادار به روش انتگرال گیری نیومارک حل شده است؛ و با مقایسه هر دو حل همگرا بودن آن ها نشان داده شده است. در انتها تیر انحنادار تیموشنکو با جاذب ارتعاشات به کمک روش المان محدود برای دو حالت ارتعاشات درون صفحه ای و بیرون صفحه ای مدل شده است و نتایج از کارآمد بودن جاذب ارتعاشات خبر می دهند.

روش معمول و سنتی برای حذف تنش های پسماند ، عملیات حرارتی است که دارای معایبی نظیر ایجاد ترک، ایجاد اعوجاج، تغییر در خواص مکانیکی و متالورژیکی ماده، مصرف انرژی حرارتی و زمان زیاد می باشد. در سال های اخیر، محققان برای کاهش تنش های پسماند، فرایند تنش گیری ارتعاشی را به عنوان یک جایگزین پیشنهاد کرده اند، که بسیاری از عیوب عملیات حرارتی را ندارد. اما،از آن جایی که مکانیزم تنش گیری ارتعاشی به خوبی شناخته شده نیست، همچنین تأثیر پارامترهای این فرایند بر تنش های پسماند به خوبی قابل پیش بینی نیست، این فرآیند در صنعت به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است. از اینرو، در این تحقیق تأثیر پارامترهای مختلف فرایند تنش گیری ارتعاشی بر توزیع تنش های پسماند مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، از نرم افزار المان محدود آباکوس برای شبیه سازی فرایند تنش گیری ارتعاشی استفاده شد. در این شبیه سازی، یک مدل تیر یک سرگیردار آلومینیومی در نرم افزار ایجاد و سپس با اعمال یک نیروی خمشی به نوک تیر، یک میدان تنش پسماند معین به علت تغییر شکل پلاستیک غیریکنواخت موضعی، در تیر القا گردید. پس از ایجاد تنش های پسماند، تیر مورد نظر با اعمال یک بار تحریک سینوسی به ارتعاش درآورده شد و تأثیر پارامترهای مختلف نظیر فرکانس، دامنه و زمان ارتعاشات بر توزیع تنش های پسماند بررسی گردید. علاوه بر این، تأثیر سطح تنش پسماند اولیه بر میزان اثربخشی این فرایند نیز مورد تحقیق قرار گرفت. بر اساس مطالعات انجام گرفته، می توان گفت که با استفاده از فرایند تنش گیری ارتعاشی، تنش پسماند به میزان قابل توجهی در تیر کاهش می یابد، به شرط اینکه از پارامترهای مناسبی نظیر فرکانس و دامنه ارتعاشی مناسب در این فرایند استفاده گردد. نتایج بدست آمده در ارتباط با تأثیر پارامترهای فرایند تنش گیری ارتعاشی بر تنش های پسماند، مطابقت خوبی با نتایج تجربی و تحلیلی سایر محققان داشت.

تشدیدگرهای میکرومکانیکی قطعات کوچک میکرومکانیکی هستند که در فرکانس های بالا ارتعاش می کنند و برای افزایش دامنه ارتعاشات به کار می روند. تشدیدگرها در فیلترها، سنسورها و ژیروسکوپ ها به کار می روند. مکانیزم های اتلاف انرژی در تشدیدگرها به صورت اتلاف تکیه گاه، اتلاف ترموالاستیک، اتلاف بر اثر اصطکاک داخلی و اتلاف هوا هستند. ضریب کیفیت یک ضریب کاربردی و مهم برای تشدیدگرها محسوب می شود. سیستم با ضریب کیفیت بالا دارای سطح اتلاف انرژی پایین است. در این تحقیق تشدیدگرهای میکرومکانیکی حلقوی و بیضوی با چهار تیر نگهدارنده تحت مدهای ارتعاشی پیچشی و خمشی بررسی شده اند. همچنین تشدیدگر میکرومکانیکی مربعی با دو تیر افقی نگهدارنده تحت مد لغزشی داخل صفحه نیز بررسی شده است. برای تشدیدگرهای دارای دو محور تقارن عمودی و افقی مانند تشدیدگر مربعی، بیضوی، حلقوی و ... که توسط چهار تیر نگهداری می شوند، مد دوم و سوم ارتعاش ترکیبی از مد پیچشی و مد خمشی هستند. در این تحقیق روابط مربوط به فرکانس مد دوم و سوم ارتعاش تشدیدگرهای میکرومکانیکی حلقوی و بیضوی تعیین شده است و فرکانس های به دست آمده از این روابط با فرکانس به دست آمده از نرم افزار ansys مطابقت خوبی دارد. نتایج تحقیق نشان می دهد که فرکانس طبیعی تشدیدگر میکرومکانیکی حلقوی با افزایش شعاع داخلی تشدیدگر، پهنا و ارتفاع تیرهای نگهدارنده افزایش می یابد و با افزایش شعاع خارجی تشدیدگر و طول تیرهای نگهدارنده کاهش می یابد. در این پژوهش، همچنین روابط ضریب کیفیت در حالت اتلاف تکیه گاه برای مدهای دوم و سوم ارتعاش تشدیدگرهای میکرومکانیکی حلقوی و بیضوی ارائه شده و فرمول های صحیح توان خالص جریان انرژی خروجی از تشدیدگر محاسبه شده است. روابط ضریب کیفیت مربوط به مد لغزشی داخل صفحه تشدیدگر میکرومکانیکی مربعی با دو تیر افقی نگهدارنده نیز ارائه شده است. می توان گفت ضریب کیفیت در حالت اتلاف تکیه گاه برای مدهای دوم و سوم ارتعاش تشدیدگرهای میکرومکانیکی حلقوی و بیضوی با افزایش ممان اینرسی دوم سطح تیرهای نگهدارنده به سرعت کاهش می یابد و با افزایش ضخامت زیرلایه ضریب کیفیت افزایش می یابد. تشدیدگر میکرومکانیکی حلقوی دارای فرکانس و ضریب کیفیت یکسانی در مد دوم و سوم ارتعاشی است اما در تشدیدگر میکرومکانیکی بیضوی فرکانس و ضریب کیفیت در این دو مد ارتعاشی متفاوت است. ضریب کیفیت در حالت اتلاف تکیه گاه برای مد لغزشی داخل صفحه تشدیدگر میکرومکانیکی مربعی با دو تیر افقی نگهدارنده با افزایش پهنای تیرهای نگهدارنده به سرعت کاهش می یابد و به ضخامت تشدیدگر وابستگی خیلی کمتری در مقایسه با پهنای تیرهای نگهدارنده دارد.

پوسته های استوانه ای تقویت شده در صنایع مختلف به ویژه صنایع هوافضا در ساخت موشک ها و مخازن سوخت آن ها کاربردهای فراوانی دارد. اهداف اصلی تحقیق حاضر بررسی ارتعاشات آزاد پوسته های استوانه ای تقویت شده خالی و محتوی مایع و بهینه سازی پارامترهای این پوسته ها به منظور یافتن کمترین جرم با در نظر گرفتن قید فرکانس طبیعی است. تقویت کننده ها در دو حالت طولی و محیطی در نظر گرفته شده اند. در ارتعاشات آزاد پوسته های خالی، از دو روش تحلیلی و عددی المان محدود برای محاسبه فرکانس های طبیعی استفاده شده است. برای اینکه بتوان شرایط مرزی متنوعی را مورد بررسی قرار داد، شرایط مرزی در این مبحث به صورت الاستیک در نظر گرفته شده است. در محاسبه فرکانس های طبیعی به روش تحلیلی، معادله انرژی کل سازه با بدست آوردن معادلات انرژی جنبشی و پتانسیل پوسته، تقویت کننده ها و اجزای الاستیک (فنرها) بدست می آید سپس با اعمال روش ریتز معادله حرکت استخراج می شود و با حل این معادله فرکانس های طبیعی بدست خواهد آمد. در روش المان محدود، سازه در نرم افزار آباکوس مدلسازی و تحلیل شده است. به منظور اعتبار سنجی، نتایج حاصله با داده های تئوری و آزمایشگاهی مراجع معتبر مقایسه شده و درستی نتایج تایید گردیده است؛ در نهایت به بررسی تاثیر تعداد و نوع تقویت کننده ها و تغییرات سختی فنرها بر روی فرکانس های طبیعی پرداخته شده است. در مبحث پوسته¬های محتوی مایع کلیه نتایج با استفاده از مدلسازی آباکوس بدست آمده است. برای این منظور از قابلیت آکوستیک-سازه این نرم افزار استفاده شده است. بعد از اعتبار سنجی نتایج، تاثیر توزیع غیر یکنواخت مکان و خروج از مرکزی تقویت کننده¬های طولی و محیطی برای پوسته¬های محتوی مایع که در حالت افقی و قائم قرار دارند بر روی فرکانس¬های طبیعی پایه مورد بررسی قرار گرفته است. فصل آخر به بهینه سازی پوسته¬های تقویت شده هدف دست یافتن به کمترین جرم برای مجموعه پوسته و تقویت کننده¬ها به شرط اینکه فرکانس طبیعی پایه از یک مقدار از پیش تعیین شده، کمتر نباشد، پرداخته شده است. لذا یک مساله بهینه سازی مقید به وجود می¬آید که این مساله توسط الگوریتم تکامل تفاضلی در نرم افزار متلب حل گردیده و مقادیر بهینه برای ضخامت پوسته، عرض، ارتفاع و تعداد تقویت کننده¬ها بدست آمده است.

یکی از مهمترین روش های استفاده شده در ساخت و تولید قطعات, عملیات براده برداری می باشد. برای افزایش دقت در عملیات براده برداری باید ارتعاشاتی که منجر به افت کیفیت سطح، کاهش نرخ براده برداری و کاهش عمر مفید ابزار براده برداری می گردد، تا حد امکان کاهش یابد. در این پایان نامه، به بررسی ارتعاشات ابزار براده برداری در عملیات داخل تراشی قطعه کار پرداخته می گردد. در عملیات داخل تراشی به ابزارهای طولانی و باریک برای تراشیدن بخش داخلی قطعه کار نیاز است. افزایش طول ابزار باعث افزایش انعطاف پذیری ابزار گردیده و در نتیجه ارتعاش ابزار در حین فرآیند کار افزایش می یابد به کمک یک جاذب ارتعاش مناسب می توان از ارتعاشات ناخواسته ابزار در حین فرآیند داخل تراشی جلوگیری نمود. ارتعاش خودتحریک، در عملیات ماشین کاری به دو دسته تقسیم می گردد. نخستین ارتعاش خودتحریک (چتر) بوسیله خود فرآیند براده برداری ایجاد می گردد و چتر دومی بوسیله بازتولید حالت موجی سطح قطعه کار ایجاد می شود، که دومی منجر به خسارت های بیشتری برای عملیات ماشین کاری می گردد. هدف این پژوهش، انتخاب بهینه پارامترهای جاذب ارتعاش دینامیکی غیرفعال می باشد که به ابزار بورینگ (داخل تراشی) متصل است. ابزار داخل تراشی و جاذب متصل به آن به کمک معادلات لاگرانژ و قانون دوم نیوتن بدست آمده است. به منظور کاهش ارتعاشات ابزار از طریق جاذب ارتعاشی، مسئله به صورت یک مسئله بهینه سازی غیرخطی مدل سازی شده است که پارامتر مهم در این مسئله، مقدار عرض برش یا پیشروی ابزار در جهت محوری می باشد. سپس با استفاده از روش های کلاسیک بهینه سازی نظیر روش simplex، روش دن هارتوگ، روش سیمس و روش میگولز، مقادیر پارامترهای جاذب انتخاب می شود. مشاهده می شود که با استفاده از روش بهینه سازی simplex در نرم افزار matlab، ارتعاشات ابزار برش در عملیات براده برداری با عرض برش بیشتر، به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.