Hashem Mazaheri

-

-

-

ساختارهای آگزتیک به دلیل خواص منحصر به فرد همچون جذب انرژی بالا، تغیی رشکل خاص در برابر تن ش، مقاومت به ضربه و نفوذناپذیری، در سالهای اخیر کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف خصوصا تجهیزات ورزشی داشتهاند. در مطالعات مختلفی سعی بر تغییر هندسه این ساختارها جهت بهین ه کردن جذب انرژی و خواص این ساختارها شده است. در این پژوهش با بهرهگیری از چاپگر س هبعدی FDM به ساخت انواع مختلف از این ساختارها پرداخته شده است. د ر ابتدا ی ک روش لایهچی ن ی مناسب در چاپ س هبعدی نمونههای تست کشش برا ی تعیین خواص مکانیک ی توسط دو ماده PLA و PLA+ بررسی شده است. سپس سه نوع ساختار به شکل همگن ریانترنت ، ضخامت مدر ج ی کطرفه UGT و دوطرفه BGT با استفاده از هردو ماده ترد PLA و نرم PLA+ ساخته و جذب انرژی و تنش مسطح در آنها مقایسه شده است . ثابت شد با تغییر ماده ساخت، از ماده ترد (PLA) ، به ماده نرم (PLA+) در تمامی ساختارها جذب انرژی افزایش مییابد و مدرج کردن ضخامت ساختار خصوصا به صورت دوطرفه (BGT) سبب افزایش در جذب انرژی میشود. با مدلسازی ساختارها در دو روش متفاوت برای مواد ترد و مواد نرم توسط نرم افزار Abaqus صحتسنج ی نتا ی ج حاصل از شبیهساز ی انجام شده است. با استفاده از شبیهسازی بهترین گام ضخامت مدرج دوطرفه استخراج شد که به صورت 2 / 1 - 1 - 8 / 0 م یباشد. در بخشی دیگر چند مدل از ساختارها ی آگزتی ک معرفی شدند که ا ی ن ساختارها در سه مجموعه مختلف ساختارها ی زاویه مدرج، مرکب و هسته تقوی ت شده میباش د . از طریق شبیهسازی بهترین ساختارها در هر مجموعه انتخاب شدند که ساختارهای UGA-A ، BGA-A ، UGA-H ، AHC و LCA میباشند. ساختارهای منتخب توسط چاپگر سهبعدی با ماده PLA+ ساخته و میزان جذب انرژ ی، ضریب پواسون و ... به صورت دقیقتر بررسی شده است . در نهایت مدل UGA-A بهترین ساختار در جذب انرژی در این بخش انتخاب شد. در بخش نهایی مدلهای بهینه هر بخش BGT ، UGA-A و LCA که قابلیت ترکیب با یکدیگر را دارند انتخاب و چهار مدل ترکیبی جدید طراحی شده است. ا ز بی ن مدلهای طراحی شده، ساختار زاویه مدرج ی کطرفه تمام آگزتیک با هسته تقویت شده (UGA-A+Core) با جذب انرژی ویژ ه Kj/g 458 / 5 و افزایش 336 درصدی در جذب انرژی نسبت حالت همگن ریانترنت، بهینهترین ساختار در این پایاننامه شناخته شد که میتوان از این مدل در طراحی و ساخت تجهیزات ورزش

مواد آگزتیک و ساختارهای متنوع آن در عرص ههای مختلفی مانند تجهیزات حفاظتی، اتصالات، جلیقه های ضدگلوله، زمینه های پزشکی، کاربردهای ورزشی، کالاهای نساجی و راکتورهای هسته ای کاربرد دارند . همچنین از مهمترین کاربردهای آن جذب انرژی می باشد. ساختارهای آگزتیک فلزی در سال های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده است . یکی از ویژگی های مهم این ساختارها، تغییر شکل پلاستیک زیاد می باشد که می تواند عاملی برای جذب انرژی هنگام برخورد با اجسام دیگر باشد. با توجه به وجود تقاضا برای پوشش های مقاوم د ر برابر انفجار و موادی برای از بین بردن انرژ ی و سازه های سبک با ظرفیت جذب انرژی بسیار زیاد، در این پژوهش ساختار آگزتیک پیکان دوطرفه ی سه بعدی، متشکل از نوارهای مو جدا ر ذوزنقه ای، در 4 طبقه و با تعداد 9 سلول واحد در هر طبقه، از آلومینیوم 3105 به شکل قطری متراکم ساخته شده است. سپس تحت بارگذاری شبه استاتیک فشاری با سرعت 2 میلیمتر بر دقیقه قرار گرفته و نتایج با مدل عددی مبتنی بر روش اجزای محدود توسط نرم افزار آباکو س مقایسه و با دقت 4درصدی صحه گذاری شده است . یک مطالعه ی پارامتری به منظور بهینه سازی میزان ظرفیت جذب انرژی انجام شد . در این مطالعه با ثابت گرفتن جرم سازه ها و تغییر در متغیرهای طراحی، میزان جذب انرژی محاسبه و مدل بهینه تعیین شد. سپس با تحلیل نتایج مشخص شد که مقدار جذب انرژی به ازای افزایش ضخامت 1 / 0 و 2 / 0میلیمتری به ترتیب به میزان متوسط 88 درصد و 275 درصد افزایش می یابد . همچنین به ازای افزایش پهنای نوارهای موجدار به میزان 1 و 2 میلیمتر، میزان جذب انرژی به ترتیب به میزان متوسط 40 درصد و 95 درصد افزایش می یابد. متغیرهایی مانند دهانه ی موج و دامنه ی موج به ترتیب نسبت عکس و مستقیم با میزان جذب انرژی دارند.

ساختار ساندویچی با هسته موجدار در سالهای اخیر توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده و با توجه به سبک بودن این ساختار نسبت به استحکام مناسب و جذب انرژی بالای این نوع سازهها در صنایع مختلف کاربردهای متنوعی پیدا کرده اند. در این پژوهش رفتار ساختار ساندویچی هفت لایه با سه هسته موجدار ذوزنقهای تحت بار فشاری شبهاستاتیک به صورت عددی و تجربی بررسی شدهاست. هسته بالا و پایین ساختار با جهتگیری متقارن نسبت به هم و هسته وسط با جهتگیری متقاطع نسبت به دوهسته دیگر قرار گرفتهاند. ابتدا نمونه اولیه ساخته شد و به کمک آزمون فشار، جذب انرژی مخصوص و بیشینه نیرویی که تحمل میکند، محاسبه شد. یک مدل اجزاء محدود قابل اعتماد با نتایج تجربی به کمک شبیهسازی در نرم افزار ABAQUS حاصل شد. بهینهترین ساختار با قید وزن ثابت و ارتفاع کلی ثابت ساختار و با تغییر سایر پارامترهای هندسی ساختار به کمک مطالعه عددی در نرمافزار ABAQUS و به کمک مدل قابل اعتماد بهدست آمد. با مدلسازی تجربی ساختار بهینهشده و مقایسه با نتایج عددی، صحت مطالعات عددی بررسی شد. جذب انرژی مخصوص ساختار بهینهشده حدود 32 % نسبت به نمونه اولیه افزایش یافتهاست، همچنین بیشینه نیرویی که ساختار تحمل میکند حدود 24.5 ٪ بیشتر از نمونه اولیه است. در نهایت اثر تغییر سایر پارامترهای هندسی ساختار بهینهشده از جمله: ضخامت ورقها، زاویه خطوط مورب هستهها و دامنه موج هستهها بر روی جذب انرژی مخصوص و بیشینه نیرویی که ساختار تحمل میکند، به صورت عددی و به کمک مدلسازی در نرمافزار ABAQUS بررسی شد.

چندلایه های فلز_الیاف (FMLs) چندلایه های ترکیبی هستند که از ورق های فلزی نازک ساخته شده اند و توسط لایه های نازک الیاف_رزین میانی به یکدیگر متصل می شوند. بر اساس نوع ساختار، چندلایه اف-ام-ال مقاومت در برابر ضربه عالی، مقاومت در برابر شعله، سختی بالا و تحمل آسیب خوب و غیره، از خود ارائه می دهد. در این رساله، خصوصیات کششی نمونه های تخت و موج دار اف_ام_ال و خصوصیات خمشی پانل های ساندویچی با روکش و هسته ی موج دار ذوزنقه ای شکل ساخته شده با این مواد، ابتدا به صورت تجربی و سپس بر پایه روش اجزاء محدود و تحلیلی، مورد بررسی قرار می گیرند. اف-ام-ال ساخته شده از جنس آلومینیوم 3105 و الیاف شیشه بافته شده است. آزمایش کشش انجام شده بر روی نمونه های تخت اف-ام-ال بر اساس استاندارد D3039، رفتار الاستیک تا حدودی غیرخطی مانند مواد ترد را به نمایش گذاشته است. از آزمایش کشش انجام شده بر روی نمونه-های موج دار اف-ام-ال، در نمودار نیرو-جابه جایی حاصل، رفتار الاستو-پلاستیک ماده به دلیل شکل هندسی و خصوصیات مواد سازنده نمونه مشاهده شده است. در ابتدا، نیروی اعمالی منجر به تغییرشکل نمونه در حین کشش، به خصوص چرخش در نواحی گوشه های سلول موج دار می شود و رفتار الاستیک از خود به نمایش می گذارد. سپس با پیشرفت خرابی و ایجاد تورق در لایه های ماده مرکب و جدایش لایه ها بر اثر تغییرشکل نمونه و قرار گرفتن در معرض کشش خالص بعد از صاف شدن کامل نمونه موج دار، تغییر شیب شدیدی رخ می دهد. رفتار اف-ام-ال در آزمایش خمش سه نقطه مطابق با استاندارد C393بر روی پانل های ساندویچی بررسی شده است. شبیه سازی عددی با استفاده از نرم افزار آباکوس انجام شده است و بررسی تحلیلی خصوصیات کششی و خمشی به شیوه تحلیلی با کمک کدنویسی در نرم افزار متلب انجام شده است. نتایج به دست آمده از تطابق قابل قبولی با نتایج تجربی برخوردار است. در ادامه بهینه سازی پارامترهای هندسی پانل های ساندویچی اف-ام-ال برپایه الگوریتم ژنتیک انجام گرفته است و با لحاظ نمودن قیودی نظیر جرم و طول ثابت، بهبود خصوصیات خمشی و کششی پانل در قالب مسائل تک هدفه و چندهدفه حاصل شده است.

-

هیدروژل ها مواد پلیمری هوشمند هستند که در تماس با سیال تحت تحریک های مختلف فیزیکی و شیمایی تغییرشکل های بزرگ می دهند بر اساس این ویژگی این مواد به عنوان سنسور و عملگر مورد استفاده قرار می گیرند. در این رساله رفتار تورمی یک پوسته و یک میکروتیر مدرج (FGM) هیدروژلی با دو روش تحلیلی و عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. چگالی پیوندهای عرضی در پوسته در جهت شعاعی و در میکروتیر در جهت ضخامت به صورت گرادیانی توزیع شده است.ابتدا مدل تحلیلی برای پوسته و میکروتیر ارائه و حل شده است سپس حل اجزای محدود برای هیدروژل مدرج (FGM) مورد مطالعه با نوشتن سابروتین برای معرفی خواص ماده در نرم افزار Abaqus انجام شده است. برای این منظور هیدروژل مدرج (FGM) مورد بررسی در حالت میکروشیر، به صورت پوسته چند لایه با خواص گسسته مدل شده است و در حالت میکروتیر نیز میکروتیر نیز به همین صورت در راستای ضخامت لایه لایه شده است. تطابق خوب بین نتایج حل تحلیلی و حل عددی کاملاً مشخص است که حل تحلیلی انجام شده را تایید می کند. از جمله کاربردهای دیگر این مواد می توان به مسائل مربوط به میکروسیال ها اشاره کرد که در آن برهم کنش بین سازه و سیال از اهمیت بالایی برخوردار است. از طرفی استفاده از مواد مدرج نیز با توجه به مزایای آن ها اهمیت بسزایی دارد. در این پایان نامه علاوه بر حل تحلیلی و عددی میکروشیر و میکروتیر، شبیه سازی با در نظر گرفتن برهم کنش سیال و سازه مورد مطالعه قرار گرفته است. در این راستا، ابتدا ابزار عددی مناسب برای تحلیل اجزامحدود آن ها توسعه داده شده است که پس از صحه سنجی برای استفاده در روند شبیه سازی برهم کنش سیال و سازه مورد استفاده قرار گرفته است. برای بررسی اهمیت مدرج نمودن این میکروشیرها و میکروتیرها، حالت های توزیع خطی و نمایی تراکم پیوندهای عرضی و حالت های حدی همگن نیز بررسی شده اند. همچنین رفتار این میکروشیرها بدون درنظر گرفتن برهم کنش سیال و جامد نیز شبیه سازی شده است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که اثرات برهم کنش سازه و سیال حائز اهمیت بوده و تاثیرات قابل توجهی بر پارامترهای میکروشیر و میکروتیر به خصوص دمای بسته شدن و دبی سیال عبوری از آن دارند.

-

چکیده: اتصالات مورد استفاده در انواع ماشین آلات و مکانیزم ها بسیار متنوع است. یکی از انواع پرکاربرد اتصالات، اتصالات چسبی است که با توجه به ویژگی های خاص خود به ویژه در صنایع هوا فضا و کشتی سازی کاربرد بسیار زیادی دارد. استفاده از این اتصالات در مواقعی که امکان استفاده از سایر انواع اتصالات مانند جوشکاری وجود ندارد، راه گشا است. بنابراین نتایج این پژوهش می تواند مورداستفاده صنایع مختلف به خصوص صنایع هوا فضا قرار گیرد. اتصالات چسبی ازجمله روش هایی هستند که برای استفاده در سازه های مکانیکی توسعه یافته اند. به کارگیری این اتصالات به منظور دستیابی به استحکام بیشتر می باشد. در این پژوهش رفتار مکانیکی اتصالات چسبی با افزودن ذرات نانو اکسید گرافن به صورت عددی و تجربی مورد مطالعه قرار گرفته و به بررسی رفتار مکانیکی اتصالات چسبی تک لبه با اضافه نمودن ذرات نانو اکسید گرافن پرداخته شده است، در ابتدا از چسب در سه حالت اتصال بدون ذرات نانو، اتصال با اضافه نمودن 1/0% و 3/0% وزنی ذرات نانو اکسید گرافن نمونه آزمون کشش ساخته شد و مورد آزمایش قرار گرفتند، طبق نتایج استحکام کششی نهایی نمونه در حالت اضافه نمودن 1/0% و 3/0% وزنی ذرات نانو به ترتیب به میزان3 /21% و 32% افزایش یافتند. همچنین مدول یانگ نمونه های آزمون کشش در حالت 1/0% و 3/0% وزنی به ترتیب به میزان 4/25% و 3/24% افزایش داشتند که بیشترین مقدار مدول یانگ در چسب با 1/0% وزنی ذرات نانو بدست آمد. تمامی اتصالات چسبی تک لبه نیز با استفاده از ورق فولاد کم کربن و چسب AD311-mokarar ساخته شدند. اتصالات ساخته شده در چند حالت مختلف از جمله، اتصال بدون ذرات نانو، اتصال با اضافه نمودن 1/0% و 3/0% وزنی ذرات نانو اکسید گرافن تهیه شدند و برای بررسی استحکام تحت آزمون کشش قرار گرفتند. تمامی حالت ها توسط نرم افزار المان محدود آباکوس به صورت دو بعدی مدل سازی شده است. طبق بررسی نتایج آزمون کشش، نیروی شکست اتصال در حالت اضافه کردن 1/0% و 3/0% وزنی ذرات نانو اکسید گرافن به چسب، به ترتیب به میزان 55/27% و 65/35% افزایش یافت. همچنین اثر اندازه ضخامت لایه چسب و طول اتصالات بر نیروی شکست اتصالات تک لبه به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است، طبق این بررسی ها ضخامت بهینه 2/0 میلی متر بدست آمد و مشاهده شد که طول اتصال با استحکام آن رابطه مستقیم دارد.

فوم ها به دلیل رفتار همسانگرد قابلیت جذب انرژی در جهات مختلف را دارند و کاربردهای زیادی به عنوان جاذب انرژی پیدا کرده اند. در این بین، پانل های ساندویچی با هسته از جنس فوم آلومینیومی به دلیل خواص ویژه هسته آن (چگالی بسیار کم ، توانایی موثر در جذب انرژی، استحکام و سفتی مشخصه بالا، عایق بندی حرارتی و صوتی، میرایی بالا و...) مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته اند. استفاده از این ساختارها مستلزم بررسی پارامترهای مختلف آن ها به خصوص هسته آنها است. یکی از پارمترهای مهم هسته چگالی فوم مورد استفاده است. بنابراین ابتدا پانل هایی با سه درصد چگالی مختلف 4/12%، 8/19% و 97/27% و ضخامت فوم 5/15 و 33 میلی متر و دو رویه 1 میلی متری به صورت تجربی و عددی مورد مطالعه قرار گرفت. با توجه به نتایج به دست آمده، با افزایش چگالی میزان سرعت حد افزایش می یابد. یکی از مهمترین دلایل این پدیده این است که با افزایش چگالی شکل و میزان آسیب در صفحه پشتی تغییر کرده و عمدتا نوع آسیب پتالینگ می-باشد. دلیل اصلی تفاوت آسیب ها به خاطر تشکیل پلاگ بزرگتر در چگالی های بالاتر بوده است. یکی دیگر از پارامترهای مهم، چندلایه ای کردن هسته از جنس فوم آلومینیوم و تغییرات تدریجی چگالی لایه ها است که می تواند بر روی خواص بالستیکی پانل تاثیرگذار باشد. در این تحقیق رفتار پانل در بارگذاری ضربه ای در حالتی که چگالی لایه هابه صورت افزایشی و کاهشی در برابر برخورد پرتابه باشد، مورد بررسی قرار گرفته و سرعت حد آنها به صورت تجربی و عددی محاسبه شده است. ساختارهای مذکور به نوعی انتخاب شده است که ابعاد و وزن کلی پانل ثابت بماند تا بتوان تاثیر لایه لایه کردن ساختار و همچنین کاهشی یا افزایشی بودن چگالی لایه ها را بر روی جذب انرژی و سرعت حد سازه به دست آورد. همچنین در هر حالت پانلهای با هسته همگن نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. فوم هایی با نسبت چگالی 6/18% برای هسته همگن یک لایه، دو نسبت چگالی 2/13% و 25% برای هسته دو لایه و سه نسبت چگالی 4/10% و 8/18% و 7/26% برای هسته سه لایه استفاده گردید. همچنین دو نوع پرتابه سر تخت و سر کروی در تست نفوذ استفاده شد و در نهایت سرعت حد برای لایه چینی های مختلف محاسبه گردید. بر اساس نتایج بدست آمده برای پرتابه سر تخت بیشترین سرعت حد به ترتیب برای نمونه دو لایه صعودی، سه لایه صعودی، سه لایه نزولی،

سازه های ساندویچی میتوانند در ابعاد و وزن های مختلفی تهیه شوند که در این مقاله هدف بررسی ساختار مختلف ساندویچی تحت شرایط یکسان سازی شده ابعادی و وزنی می باشد. شرایط ابعادی به سادگی در این ساختارها قابل اعمال هستند ولی شرایط وزنی با تعریف کردن وزن نسبی برای هر سلول موج دار در هسته ها قابل اجرا می باشند. در این مقاله یک ساختار پنج لایه متقاطع که دارای دو صفحه رویی و سه هسته موج دار می باشد، مورد مطالعه خمشی قرار می گیرد تا تاثیر وزن در رفتار این نوع سازه ها بررسی شود. ابتدا ساختارهای مختلف ساندویچی توسط نرم افزار ABAQUS تا ناحیه الاستیک مورد مدل سازی قرار گرفته و سپس صحت این بررسی ها با مقایسه نتایج تجربی ارزیابی می گردد. بهینه سازی در ساختار ساندویچی بر اساس تغییر در هندسه منافذ هسته های مرکزی و یا عدم تغییر آن ها قابل اجرا می باشد. اگر سازه های ساندویچی در حالتی که هسته های مرکزی سازه های مختلف ساندیچی مطابق شرایط هندسی هسته های سازه ساندویچی اولیه مورد آزمایش قرارگیرند در این صورت سه حالت اختلاف فاز بین هسته های خارجی، تغییر جهت گیری بین هسته های مرکزی و یا توزیع ضخامت رویه ها در بین هسته های مرکزی می تواند مورد توجه واقع شوند. این تحقیقات نشان می دهد که اختلاف فاز بین هسته های خارجی در استحکام خمشی سازه تاثیر کمی دارند و بهینه سازی بر مبنای آن معقول نمی باشد. در حالتی که سازه ساندویچی هفت لایه با توزیع ضخامت رویه ها تحت وزن یکسان با سازه پنج لایه، آزمایش شوند آنگاه در جهت قرارگیری 0/90/0 لزوما سازه ساندویچی هفت لایه کارکرد مطلوب تری پیدا نمی کند و در واقع تحت این شرایط جاذب انرژی سازه پنج لایه بهتر می گردد. بررسی دیگر که درخصوص طریقه جهت گیری بین هسته ها می باشد، ثابت می کند، ساختاری که در آن مقاومت خمشی هسته های خارجی لحاظ گردد به علت شرایط تاثیرگذاری بیشتر که نسبت به هسته داخلی دارا هستند، سبب رفتار بهینه تری در ساختار نهایی می گردند. بهینه سازی براساس بررسی تغییر هندسی منافذ ذوزنقه ای شکل توسط نرم افزار MATLAB و به کمک الگوریتم ژنتیک صورت می گیرد. در این مطالعات صورت گرفته، تاثیر قید وزن مشهود می باشد و درواقع سازه ساندویچی بهینه سازی شده تحت تنها قید ابعادی دارای حدودا 20 درصد بهبود مقاومت خمشی نسبت به سازه ساندویچی بهینه شده تحت قید وزنی و ابعادی دارا می باشد

هیدروژل ها در دسته مواد نرم قرار می گیرند که توانایی تغییر فرم زیاد در واکنش به نیروهای کم را دارند. در فاز اول این پژوهش، کارایی انواع مختلف میکروشیرهای ساخته شده بر اساس میکرو-لوله هیدروژلی حساس به pH روکش شده بر روی میله صلب با استفاده از آنالیز تعامل جامد و سیال (FSI) موردمطالعه قرار گرفت. برای این منظور، یک حل تحلیلی برای تورم همگن میکرو-لوله مقید معرفی گردید که برای صحت سنجی حل عددی مورداستفاده قرار گرفت. سپس یک میکروشیر شامل یک میکرو-لوله هیدروژلی در فشار سیال ورودی و pH مختلف موردبررسی قرار گرفت. سپس، الگوهای مختلف برای شناسایی تأثیر الگوها بر روی رفتار میکروشیرها معرفی گردید. فشار نشتی شیرها برای هر یک از الگوها موردبررسی قرار گرفت. آنالیز FSI برای طراحی دقیق دستگاه های میکرو سیالاتی پیشنهاد می گردد. اخیراً دولایه های هیدروژلی به طور گسترده ای در ساخت حسگر و عملگرهای نرم مورداستفاده قرار می گیرند. در فاز دوم پژوهش، یک مدل تحلیلی برای حل خمیدگی ناشی از تورم یک لایه هیدروژلی حساس به pH چسبیده به یک لایه الاستومری موردبررسی قرار گرفت. تانسور گرادیان تغییرشکل، بدون در نظر گرفتن حالت میانی، برای نگاشت حالت اولیه به حالت نهایی تعریف شد. یک تابع نمایی با چهار ثابت برای تعریف تغییرشکل لایه هیدروژلی پیشنهاد گردید. روش معرفی شده منجر به شش معادله با شش مجهول می شود که به وسیله روش های عددی قابل حل است. به عنوان مطالعه موردی، این روش برای حل خمیدگی ناشی از تورم دولایه های با پارامترهای مختلف مورداستفاده قرار گرفت. نتایج حل تحلیلی تطابق خوبی با نتایج المان محدود دارد که نشان از دقیق بودن روش ارائه شده است.

در این پایان نامه رفتار تیرهای لایه ای ساخته شده از هیدروژل های هوشمند حساس به دما، بررسی می شود. برای این کار ابتدا مدلی تعادلی برای هیدروژل های حساس به دما معرفی می شود که رفتار پیوسته و پایداری به خصوص در نزدیکی دمای گذار دارد. سپس، با استفاده از مدل معرفی شده و روش های اجزا محدود ، تیر دولایه ساخته شده از هیدروژل حساس به دما مدل سازی می شود. این تیر دولایه از یک لایه هیدروژل هوشمند حساس به دما و یک لایه تراکم ناپذیر الاستمر تشکیل می شود. در ادامه، با اصلاح فرضیات روش های تحلیلی ارائه شده در ادبیات برای تیرهای لایه ای، یک روش تحلیلی و تقریبی برای توصیف رفتار تیرهای دولایه ساخته شده از هیدروژل حساس به دما ارائه و با نتایج حاصل از روش اجزا محدود صحه گذاری می شود. سپس، روش تحلیلی دقیق تری برای توصیف رفتار تیرهای دولایه هیدروژلی در شرایط گوناگون دمایی ارائه می شود. همچنین تیر دولایه و تأثیر متغیرهای هندسی و جنس مواد تشکیل دهنده ی آن، در شرایط گوناگون دمایی بررسی می شود. در گام بعد با توسعه روش مورداستفاده برای تیرهای دولایه هیدروژلی، روشی تحلیلی برای توصیف رفتار تیرهای سه لایه ساخته شده از هیدروژل های هوشمند حساس به دما پیشنهاد می شود. در این روش تیرهای سه لایه از دولایه هیدروژل با خواص تورمی متفاوت و یک لایه تراکم ناپذیر الاستمر در وسط، شکیل می شوند. جنس هیدروژل های به کاررفته در این تیرهای سه لایه به گونه ای انتخاب می شوند که تیرها دارای توانایی پاسخ گویی به افزایش و کاهش دما از یک مقدار مرجع می باشند. در این مرحله نیز مدل اجزا محدود تیرهای سه لایه توسعه داده می شود و برای صحه گذاری نتایج حاصل از روش تحلیلی پیشنهادشده، مورداستفاده قرار می گیرد.

مدلسازی انتشار امواج یکی از موضوعات تحقیقاتی مهم در طول دهه های اخیر بوده است که در شناسایی ساختار درونی زمین، مکان یابی چشمه های آب زیرزمینی و هم چنین اکتشاف منابع نفت و گاز مورد استفاده قرار می-گیرد. یکی از روش های مطالعات ژئوفیزیکی، روش لرزه ای می باشد. در این روش با تولید امواج طولی یا عرضی از طریق انفجار مواد منفجره یا پرتاب ارتعاش کننده های مکانیکی و تحلیل امواج بازگشتی به بررسی ساختار درون زمین و کاوش های لرزه ای می پردازند. بدین صورت در مورد نوع وجنس سنگ موجود در اعماق زمین ، ویژگی های سیال موجود در زمین، هندسه ی کنارهم قرارگرفتن فازهای مختلف جامد و سیال، عمق انواع مختلف سنگ ها، مکان تجمع سیال و... اطلاعات جامعی حاصل می شود. هدف از این پروژه حل عددی انتشار موج در محیط متخلخل حاوی سیال با استفاده از روش المان طیفی می باشد. در سال های اخیر، روش المان طیفی به علت دقت و انعطاف پذیری بالا در افزایش تعداد نقاط گرهی و هم چنین کوچک کردن طول المان به شدت مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. تفاوت این روش با روش المان محدود مرسوم در مرتبه چندجمله ای های مورد استفاده برای تابع درون یاب و هم چنین شیوه انتگرال گیری می باشد. مسئله انتشار موج در محیط آکوستیک، الاستیک و متخلخل، یکی از مسائل نسبتاً ساده مهندسی و حل شده در دنیا است. پیچیدگی و مشکل اصلی این مسئله در کاربردهای مختلف لرزه شناسی اکتشافی نفت، بزرگ بودن ابعاد هندسی مدل و در نتیجه بالا بودن درجه آزادی مسئله در حل عددی آن است که منجر به هزینه محاسباتی بسیار بالا می شود. در این پایان نامه، علاوه بر بررسی کامل مسئله از جنبه نظری، راهکارهای بهینه برای حل این مشکل بررسی خواهد شد. هم چنین، فرمول بندی جدیدی برای محاسبه اثر مرز جاذب در تحلیل انتشار موج در محیط نیمه بینهایت ارائه شده است. هم چنین، روند خاصی برای گسسته سازی مکانی معادلات انتشار موج در محیط متخلخل ارائه شده است. پس از اعتبارسنجی نتایج این پژوهش با نتایج موجود، مثال هایی از مدل واقعی زمین بررسی شده است.