Η έννοια της γωνίας αποτελεί μια βασική έννοια που συντελεί σημαντικά στην ανάπτυξη της γεωμετρικής γνώσης των μαθητών. Παράλληλα η μετρησή της γωνίας είναι αναπόσπαστο κομμάτι των μαθηματικών, των θετικών επιστημών και της τεχνολογίας αλλά και της καθημερινής ζωής . Έρευνες έχουν δείξει ότι οι μαθητές αντιμετωπίζουν πολύ συχνά δυσκολίες με την έννοια και την μέτρηση της γωνίας κυριώς από το γεγονός ότι η έννοια της είναι αφηρημένη και πολύπλευρη ανάλογα με κάθε τάξη. Ετσι συχνά οι μαθητές αντιμετωπίζουν δυσκολίες και καταλήγουν σε παρανοήσεις κατά την εκμάθηση των εννοιών της και την απόκτηση των αντίστοιχων δεξιοτήτων. / The concept of angle is a key concept that contributes significantly to the development of geometric knowledge of students. Similarly, the angle measurement is an integral part of mathematics, science and technology and daily life. Studies have shown that students often face difficulties with the concept and measurement of angle predominantly by the fact that the concept is abstract and multifaceted depending on each class. So often students face difficulties and lead to misunderstandings when learning the concepts and the acquisition of the relevant skills

Οι στρωσιγενείς βραχώδεις σχηματισμοί αποτελούν ιδιαίτερη κατηγορία ανισότροπων υλικών. Η ανισοτροπία των υλικών αυτών είναι μακροσκοπική και προέρχεται από την επαλληλία στρωμάτων. Ως γνωστόν ακόμα και στην απλή περίπτωση με δύο διαφορετικά εναλλασσόμενα ισότροπα στρώματα, το σύνθετο στρωσιγενές υλικό συμπεριφέρεται μακροσκοπικά ως ανισότροπο τόσο από άποψης παραμορφωσιμότητας όσο και αντοχής. Τα υλικά αυτού του τύπου μπορούν να χαρακτηρισθούν σαν υλικά με “διακριτή” ή ετερογενή ανισοτροπία, σε αντιπαράθεση με αυτά που παρουσιάζουν “συνεχή” ή ομοιογενή ανισοτροπία, η οποία εμφανίζεται σαν μικροσκοπικό χαρακτηριστικό της μάζας τους και χαρακτηρίζονται από τον προσανατολισμό μη διακριτών επιπέδων ανισοτροπίας σε κάθε σημείο του χώρου και όχι από άλλα γεωμετρικά στοιχεία όπως το πάχος των στρωμάτων. Τα ανισότροπα υλικά γενικότερα και τα στρωσιγενή ειδικότερα έχουν ιδιαίτερη συμπεριφορά όσον αφορά τη φέρουσα ικανότητα και τις μετακινήσεις που παρουσιάζουν όταν φορτίζονται από μία θεμελίωση. Έτσι για κεκλιμένες στρώσεις τα κατακόρυφα φορτία δεν προκαλούν μόνο κατακόρυφες, αλλά και οριζόντιες μετακινήσεις καθώς και στροφές. Παρατηρήθηκε ότι οι τάσεις μπορεί να διαδοθούν σε σημαντικά μεγαλύτερα βάθη απ’ ότι στα ισότροπα υλικά ανάλογα με τον προσανατολισμό και την φύση των ασυνεχειών. Επί πλέον πρόσφατες πειραματικές και θεωρητικές διερευνήσεις του προβλήματος σε δύο διαστάσεις με λεπτές στρώσεις αποκάλυψαν την εμφάνιση φαινομένων λυγισμού. Εξ όσων γνωρίζουμε αυτό το φαινόμενο δεν είχε παρατηρηθεί ή ληφθεί υπόψη στους υπολογισμούς σε προηγούμενες σχετικές με το θέμα εργασίες και για το λόγο αυτό οι προτεινόμενες απλές λύσεις δεν μπορούν να εκτιμήσουν την μεταβολή του φορτίου αστοχίας συναρτήσει της γωνίας β τόσο ποσοτικά όσο και ποιοτικά. Ανάλογα με την περίπτωση, τα φαινόμενα αυτά μπορεί να έχουν ιδιαίτερη σημασία για μεγάλα τεχνικά έργα όπως θεμελιώσεις βάθρων γεφυρών, θεμελιώσεις φραγμάτων βαρύτητας, αντερείσματα τοξωτών φραγμάτων και άλλες κατασκευές. Η παρούσα εργασία αποτελεί μία φυσική επέκταση των προηγουμένων εργασιών για την μελέτη του προβλήματος σε τρεις διαστάσεις όπου εκτός της γωνίας κλίσης των στρωμάτων β λαμβάνεται υπόψη και η μεταβολή της γωνίας απόκλισης ω που είναι η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ των διευθύνσεων του μεγάλου άξονα ενός επιμήκους θεμελίου και της παράταξης των κεκλιμένων στρωμάτων. Κύριοι στόχοι της διερεύνησης είναι η μελέτη της επίδρασης που έχουν οι γωνίες β και ω στην φέρουσα ικανότητα, τις μετακινήσεις και τις στροφές ενός επιφανειακού θεμελίου που εδράζεται σε λεπτοπλακώδες στρωσιγενές υλικό καθώς και η σύγκριση των αριθμητικών αναλύσεων με τη συμπεριφορά αντίστοιχων φυσικών ομοιωμάτων, έτσι ώστε να τεκμηριωθεί η ικανότητα του προγράμματος να προσομοιώσει επιτυχώς εν μέρει ή εν όλω τα προαναφερθέντα μεγέθη. Για να επιτευχθούν οι κύριοι στόχοι προσομοιώθηκαν αριθμητικά οι δοκιμές που έγιναν σε μία σειρά από φυσικά ομοιώματα, έτσι ώστε να γίνει δυνατή η σύγκριση της συμπεριφοράς των φυσικών και αριθμητικών ομοιωμάτων. Το θεμέλιο έχει τη δυνατότητα περιστροφής και οριζόντιας ολίσθησης. Η αριθμητική προσομοίωση του θεμελίου έγινε με τον ακόλουθο τρόπο: Το σύνθετο υλικό που αποτελείται από επάλληλα ισότροπα στρώματα τσιμεντοκονίας και άμμου προσομοιώθηκε με ένα αντίστοιχο ανισότροπο, με βάση την αρχή των ανεξάρτητων εγκαρσίων παραμορφώσεων. Από απόψεως αντοχής τα στρώματα της άμμου ακολουθούν το κριτήριο αστοχίας των Μohr-Coulomb κατά μήκος των επιπέδων τους ενώ για την τσιμεντοκονία που θεωρήθηκε ότι ακολουθεί μη γραμμικό κριτήριο αστοχίας τύπου Hoek και Brown εκτιμήθηκε ένα ισοδύναμο γραμμικό κριτήριο αστοχίας. Το πάχος των στρωμάτων της τσιμεντοκονίας ελήφθη έτσι ώστε να είναι περίπου το 1/10 του πλάτους του θεμελίου, με στόχο να διερευνηθεί τυχόν ύπαρξη φαινομένου λυγισμού των στρωμάτων. Ο λόγος του μήκους προς πλάτος του θεμελίου επιλέχθηκε να είναι ίσος με πέντε. Η μεταβολή των γωνιών β και ω στο εύρος διακύμανσης από 0ο έως 90ο έγινε επιλεκτικά ώστε να υπάρχει μεν μία επαρκής κάλυψη του εύρους διακύμανσης αλλά και να μειωθεί κατά το δυνατόν ο χρόνος και η προσπάθεια τόσο των πειραματικών όσο και των θεωρητικών εργασιών. Για την αριθμητική διερεύνηση εκτελέστηκαν οι υπολογισμοί για 48 συνδυασμούς των γωνιών β και ω και εκτελέστηκαν 32 δοκιμές σε φυσικά ομοιώματα. Τα κύρια συμπεράσματα της εργασίας είναι τα ακόλουθα: Η φέρουσα ικανότητα δεν είναι δυνατόν να προβλεφθεί απλά με τον συμβατικό τρόπο, δηλαδή από τη δήλωση του προγράμματος ότι έχει επέλθει η αστοχία, διότι η δήλωση αυτή εμφανίζεται σε μεγάλες σχετικές παραμορφώσεις άνω του 100% που αντιστοιχούν σε φορτία που είναι από 1,5 έως 5,5 φορές μεγαλύτερα από αυτά που παρατηρούνται στο πείραμα. Τα μέγιστα φορτία φαίνεται να εκτιμώνται με επαρκή, για τη φύση του προβλήματος, ακρίβεια με βάση έναν εμπειρικό κανόνα που διαμορφώθηκε συγκρίνοντας τα θεωρητικά και πειραματικά αποτελέσματα και σύμφωνα με τον οποίο το μέγιστο φορτίο αντιστοιχεί στο τέλος του σχετικά ευθύγραμμου τμήματος της καμπύλης τάσεων – μετακινήσεων. Οι τιμές των σχετικών θεωρητικών φορτίων (με αναφορά το φορτίο αστοχίας των οριζοντίων επιπέδων) κυμαίνονται από ένα ελάχιστο που είναι περίπου 0,45 έως ένα μέγιστο που είναι περ. 1,15 του φορτίου αστοχίας αναφοράς. Οι χαμηλότερες τιμές αντιστοιχούν σε ζεύγη τιμών με ω=0ο για όλες τις γωνίες β. Γενικά οι καμπύλες φορτίων αστοχίας γωνιών παρουσιάζουν διακυμάνσεις Για δεδομένη γωνία β παρατηρείται μια γενική τάση αύξησης του φορτίου αστοχίας όταν η γωνία ω μεταβάλλεται από 0ο έως 45ο. Για ω μεγαλύτερη των 45ο παρουσιάζονται σχετικά μικρές διακυμάνσεις. Οι κατακόρυφες μετακινήσεις γενικά μειώνονται, όσο η γωνία β αυξάνεται από 0ο έως 90ο και οι αντίστοιχες τιμές της σχετικής μετακίνησης κυμαίνονται από 25% έως 5%. Όμως οι αντίστοιχες καμπύλες παρουσιάζουν διακυμάνσεις. Από την σύγκριση των θεωρητικών και πειραματικών κατακορύφων μετακινήσεων στην αστοχία προκύπτει ότι για εύρος διακύμανσης γωνιών β από 0ο έως 30ο η σύγκλιση τους είναι ικανοποιητική. Αντίθετα για γωνίες β μεγαλύτερες ή ίσες από 45ο παρατηρείται ότι τα αποτελέσματα αποκλίνουν σημαντικά και οι θεωρητικές μετακινήσεις είναι από 30-50% μικρότερες των αντίστοιχων πειραματικών τιμών με τον μέσο όρο να κυμαίνεται περίπου στο 45%. Οι οριζόντιες σχετικές μετακινήσεις Ūx για β=0ο και β=90ο είναι μηδενικές, ενώ για τις υπόλοιπες γωνίες β οι τιμές κυμαίνονται από 1% έως 9% περίπου, με τοπικά μέγιστα στις 60ο και 30ο και μέγιστη τιμή στις 60ο, για όλες τις γωνίες ω εκτός από τη γωνία ω=0ο όπου το μέγιστο είναι στις 30ο. Οι οριζόντιες σχετικές μετακινήσεις Ūz είναι πρακτικά αμελητέες συγκριτικά με τις άλλες δύο. Από την σύγκριση των θεωρητικών και πειραματικών οριζόντιων μετατοπίσεων στην αστοχία Ux, συμπεραίνεται ότι οι θεωρητικές μετατοπίσεις Ux για γωνίες β με τιμές 45°, 60°, 80° και 90° εμφανίζουν σχετικά ικανοποιητική σύμπτωση, σε σχέση με τις αντίστοιχες πειραματικές. Για τις υπόλοιπες τιμές της γωνίας β, παρατηρείται σημαντική απόκλιση. Το φαινόμενο αυτό φαίνεται ότι είναι αντίστροφο με το ότι συμβαίνει για τις κατακόρυφες μετακινήσεις Uy. Σχετικά με την μορφή των καμπύλων τάσεων-μετακινήσεων παρατηρούμε ότι κρατώντας τη γωνία β σταθερή και μεταβάλλοντας την ω, τότε εάν η γωνία β παίρνει τιμές μεταξύ 0ο και 45ο η στιφρότητα των καμπυλών αυξάνει (για ίδια μετακίνηση έχουμε μεγαλύτερη τάση) όταν η γωνία ω μεταβάλλεται από 0ο έως 45ο, αλλά στην συνέχεια για ω από 45ο έως 90ο η στιφρότητα μειώνεται. Για β και ω μεγαλύτερες των 45ο οι καμπύλες σχεδόν συμπίπτουν. Η γωνία θ που σχηματίζει το διάνυσμα της ολικής οριζόντιας μετακίνησης (συνισταμένης των Ux και Uz) με τον άξονα X, έχει τιμές που κυμαίνονται από 0ο έως περίπου -11ο και η κατεύθυνση μετακίνησης τείνει προς την θετική κατεύθυνση του άξονα X, δηλαδή προς τον πόλο των κεκλιμένων επιπέδων. Εξαίρεση είναι η περίπτωση των στρωμάτων με β=10ο όπου η φορά του είναι αντίθετη. Η γωνία ρ που σχηματίζει ο άξονας Z με τη διεύθυνση του άξονα περιστροφής του θεμελίου, είναι θετική με εξαίρεση την περίπτωση β=10ο, ω=75ο. Γενικά ο άξονας ευρίσκεται μεταξύ της διεύθυνσης της παράταξης των στρωμάτων και του μεγάλου άξονα του θεμελίου. Το θεμέλιο στρέφεται γύρω από τον άξονα περιστροφής του, έτσι ώστε να βυθίζεται προς την κατεύθυνση της κλίσης των στρωμάτων με εξαίρεση τις μικρές γωνίες β όπου συμβαίνει το αντίθετο Όσον αφορά την κατανομή των τάσεων κάτω από το θεμέλιο για μικρές γωνίες ω παρατηρούμε ότι η κατανομή των τάσεων χωρίζεται σε δύο βολβούς, έναν που κατευθύνεται σχετικά κάθετα και έναν παράλληλα προς τις στρώσεις. Όσο η γωνία ω αυξάνεται, οι δύο βολβοί φαίνεται να συνενώνονται. Στο κεντρικό τμήμα, ακριβώς κάτω από το θεμέλιο υπάρχει μια κεντρική ζώνη όπου δεν εμφανίζεται διαρροή (αστοχία) του υλικού (ελαστική ζώνη). Για τις περιοχές κοντά στο θεμέλιο, τα πλαστικοποιημένα σημεία εμφανίζονται τόσο στις διεπιφάνειες όσο και στο εσωτερικό των στρωμάτων, ενώ μακρύτερα από το θεμέλιο εμφανίζονται κυρίως κατά μήκος των ασυνεχειών. Το φαινόμενο αυτό είναι πιο έντονο για τις περιπτώσεις με β=70ο. Για β=30ο, τα σημεία υπέρβασης της εφελκυστικής αντοχής είναι έντονα στην αριστερή πλευρά του θεμελίου, λόγω της κάμψης και αποκόλλησης των στρωμάτων, αλλά υπάρχουν και στην δεξιά περιοχή όπου εμφανίζεται κάμψη των στρωμάτων. Για β=70ο παρατηρούμε μία αύξηση της συγκέντρωσης των σημείων αυτών σε κάποιο βάθος κάτω από το θεμέλιο πιθανότατα λόγω των φαινομένων λυγισμού και κάμψης των στρωμάτων. Από την μορφή των καμπυλών τάσεων μετακινήσεων για γωνίες β μεγαλύτερες των 45ο καθώς και από την ανάλυση των μετακινήσεων των στρωμάτων, εκτός από την κάμψη και αποκόλληση των στρωμάτων, διαπιστώνεται και η ύπαρξη φαινομένων λυγισμού. Στις περιπτώσεις αυτές κάμψη και λυγισμός συνυπάρχουν. Για γωνίες β μικρότερες των 45ο δεν παρατηρείται λυγισμός παρά μόνο κάμψη των στρωμάτων. Γενικά όσο αυξάνεται η γωνία ω, το φαινόμενο του λυγισμού περιορίζεται κάτω από το εμπρός τμήμα του θεμελίου (άκρο προς το μέγιστο Z) και σταδιακά φαίνεται να εξαφανίζεται για ω=90ο . / -

Η χρήση θαλασσίου ύδατος για ψύξη μηχανών σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις και σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας επιτυγχάνεται μέσω εγκαταστάσεων άντλησης θαλασσίου ύδατος. Οι δεξαμενές αυτών των εγκαταστάσεων πρέπει να σχεδιάζονται σύμφωνα με τις οδηγίες του Hydraulic Institute (1998) ώστε να αποφεύγονται ανεπιθύμητα φαινόμενα που επηρεάζουν την απόδοση και τη διάρκεια ζωής των αντλιών. Τέτοια φαινόμενα είναι οι στρόβιλοι, υποβρύχιοι και ελεύθερης επιφάνειας, η υπερβολική προ-ελίκωση της ροής ανάντη κάθε αντλίας, η ανομοιομορφία της ροής στην πτερωτή κάθε αντλίας, οι υπερβολικές χρονικές διακυμάνσεις της ταχύτητας και της ελίκωσης και η συμπαράσυρση αέρα και η δημιουργία φυσαλίδων. Στην παρούσα διατριβή εξετάζεται η δεξαμενή της εγκατάστασης άντλησης θαλασσίου ύδατος μέσω δύο αντλιών που βρίσκεται στον υπό κατασκευή Θερμοηλεκτρικό Σταθμό Φυσικού Αερίου της Δ.Ε.Η. στο Αλιβέρι. Σκοπός της διατριβής είναι η μελέτη της ροής στη συγκεκριμένη δεξαμενή ως προς την κυκλοφορία του ύδατος (γραμμές ροής και τύρβη), τις διατμητικές τάσεις στα τοιχώματα των αγωγών και της δεξαμενής, την προ-ελίκωση της ροής που προσεγγίζει την αντλία και την ανομοιομορφία της στο επίπεδο της πτερωτής της αντλίας, καθώς και η συμπεριφορά της ελίκωσης της ροής στους αγωγούς άντλησης. Η διερεύνηση της ροής γίνεται για αρκετές καταστάσεις λειτουργίας της δεξαμενής ως προς το βάθος ύδατος και τον αριθμό θυροφραγμάτων και αντλιών. Η γεωμετρία του υπολογιστικού πεδίου, το υβριδικό μη-δομημένο πλέγμα και η αριθμητική επίλυση των εξισώσεων ροής πραγματοποιήθηκαν με τα προγράμματα Design Modeler, Meshing και Fluent του ANSYS. Ειδικότερα για το Fluent επιλέχθηκαν τα μοντέλα τύρβης k-ε και k-ω. Τα αποτελέσματα αναλύονται και συγκρίνονται με τα πειραματικά του υδραυλικού μοντέλου (Dimas & Vouros, 2012) σε κλίμακα 1:8.7 κατά Froude. Στις περιπτώσεις όπου είναι ανοικτό μόνο το ένα θυρόφραγμα, έχουμε κυκλοφορία της ροής μεταξύ των δύο θαλάμων των αντλιών κυρίως κοντά στην ελεύθερη επιφάνεια του ύδατος. Στις περιπτώσεις όπου λειτουργεί μόνο η μία αντλία, έχουμε και έντονη κυκλοφορία στο θάλαμο της δεξαμενής που δεν γίνεται άντληση. Η φορά της ελίκωσης της ροής στον αγωγό συμπίπτει στις περισσότερες περιπτώσεις με αυτήν του υδραυλικού μοντέλου. Η γωνία ελίκωσης θ, η οποία υπολογίστηκε με βάση το μέτρο της εφαπτομενικής ταχύτητας, ήταν μεγαλύτερη στο μεγάλο βάθος ύδατος και διαφορετική σε όλες τις περιπτώσεις από αυτήν που μετρήθηκε στο υδραυλικό μοντέλο. / -

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης της γωνίας πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας στη λειτουργία φωτοβολταϊκών κυττάρων, σε περιοχές μεσαίου γεωγραφικού πλάτους. Συγκεκριμένα μελετήθηκε η επίδραση της γωνίας αυτής στη λειτουργία δύο ΦΒ πλαισίων ενός μονοκρυσταλλικού πυριτίου (sc-Si) και ενός δισεληνοϊδιούχου χαλκού (CIS). Τα πλαίσια τοποθετήθηκαν σε ταράτσα κτηρίου του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών. Οι μετρήσεις ξεκίνησαν τον Οκτώβριο του 2009 και ολοκληρώθηκαν το Σεπτέμβριο του 2010. Τα ΦΒ πλαίσια είχαν νότιο προσανατολισμό δεδομένου ότι τοποθετήθηκαν σε τόπο του βόρειου ημισφαιρίου με γεωγραφικό πλάτος 38ο 32’ . Κατά την πειραματική διαδικασία οι μετρήσεις γίνονταν σε πολλαπλές κλίσεις κάθε φορά και για τα δύο πλαίσια . Μετρήθηκαν το ρεύμα βραχυκύκλωσης, η τάση ανοιχτοκυκλώσεως, η θερμοκρασία πλαισίου και η ηλιακή ακτινοβολία. Υπολογίστηκε ο βαθμός απόδοσης , ο συντελεστή ποιότητας και η γωνία πρόσπτωσης, ανά κλίση ΦΒ πλαισίου. Υλοποιήθηκε αλγόριθμος για τον θεωρητικό υπολογισμό της βέλτιστης γωνίας κλίσης έτσι ώστε η γωνία πρόσπτωσης να γίνεται ελάχιστη ανά χρονική στιγμή (μέγιστης παραγόμενης ενέργειας ) και έγινε σύγκριση της με τα πειραματικά αποτελέσματα. Διαπιστώσαμε πειραματικά την εξάρτηση της παραγόμενης ισχύος από την γωνία πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας . Επιπλέον μέσω της πειραματικής διαδικασίας υπολογίστηκε η βέλτιστη κλίση πλαισίων ανά εποχή για τόπους γεωγραφικού πλάτους ίδιου με τον τόπο των πειραματικών μετρήσεων . / -

Οι υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας των κελιών καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη (Solid Oxide Fuel Cells - SOFCs), οδηγούν σε σημαντική επιβάρυνση των σημείων συνένωσης και στεγανότητας των στοιχείων των επί μέρους εξαρτημάτων των κελιών, που διατάσσονται σε στοιβάδες. Στα σημεία συνένωσης και εναλλακτικά στα μέχρι σήμερα χρησιμοποιούμενα συγκολλητικά, με βάση ενώσεις υαλοκεραμικών, εξετάζεται η χρήση ενός συνδυασμού υλικών αποτελούμενων από κεραμικό οξείδιο ως μονωτικό (isolation layer), καθώς κι ένα μεταλλικής βάσης υλικό ως συγκολλητικό. Κατά τη συγκόλληση στον αέρα, χωρίς χρήση κενού ή προστατευτικού αερίου, το μεταλλικής βάσης συγκολλητικό έρχεται σε επαφή με την επίστρωση μονωτικού (MgO, MgAl2O4 ή ένα μίγμα MgO + MgAl2O4) και με τα μεταλλικά στοιχεία των κελιών (φερριτικοί χάλυβες, Cr ≈ 22%, Mn ≈ 0.6%). Οι κύριες απαιτήσεις που πρέπει να ικανοποιεί το συγκολλητικό είναι η καλή προσαρμογή των διαφορετικών συντελεστών θερμικής διαστολής, μακροχρόνια αντοχή στις οξειδωτικές συνθήκες λειτουργίας των κελιών, ισχυρό δεσμό και απουσία χημικής φύσης αλληλεπιδράσεων στη σχηματιζόμενη διεπιφάνεια, για τη διατήρηση της μηχανικής ευστάθειας και της χαμηλής αεριοδιαπερατότητας της συγκόλλησης. Οι φυσικοχημικές και μηχανικές ιδιότητες του καθαρού αργύρου (Ag) ως συγκολλητικό, ικανοποιούν εν γένει τις παραπάνω απαιτήσεις, μειονεκτώντας όμως, ως προς τη δημιουργία ισχυρού δεσμού στις σχηματιζόμενες διεπιφάνειες. Προσθέτοντας στον Ag το διεπιφανειακά ενεργό οξείδιο του χαλκού (CuO), βελτιώνεται σημαντικά η διαβρεξιμότητα του κεραμικού (μονωτικό) και του μετάλλου (φερριτικός χάλυβας), από το τήγμα του κράματος Ag+CuO (γωνία επαφής θ < 90ο) και συνεπώς η ισχύς του δεσμού στις διεπιφάνειες.. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η επιλογή του κατάλληλου τρόπου προσθήκης του CuO στον Ag, ώστε να επιτευχθεί ένας ισχυρός δεσμός μεταξύ του συγκολλητικού και των υλικών προς συγκόλληση, αποφεύγοντας τον εκτεταμένο σχηματισμό προϊόντων αντίδρασης στις διεπιφάνειες. Πραγματοποιήθηκαν δύο τρόποι προσδιορισμού της γωνίας επαφής, της κεραμικής και μεταλλικής φάσης, με πειράματα διαβροχής. Στη συνέχεια, για τον έλεγχο της μακροχρόνιας ευστάθειας των συγκολλήσεων, μέρος των δοκιμίων υποβλήθηκαν σε θερμική ανόπτηση στους Τ=1073 Κ για χρονικό διάστημα t=1000 h, στον αέρα. Μετά το πέρας των πειραμάτων πραγματοποιήθηκε έλεγχος της διεπιφάνειας με μεθόδους ηλεκτρονικής μικροσκοπίας και μικροανάλυσης. / For mobile applications, the rapid heating rates and the high operating temperatures of solid oxide fuel cells (SOFCs) lead to increased stress on the joining and sealing points of the material components used for the development of planar SOFC stacks. At the junctions of the metallic components and alternatively to the currently used glass-ceramic solders the possible use of oxide ceramic as an insulation layer in combination with air braze filler metal was examined. The joining of the components in air, without the use of vacuum or inert gases, requires that the filler metal forms strong interfacial bonds with both the ceramic (insulating layer) and the additional sheet (ferritic steel). In addition, it should be resistant to oxidation at the high operating temperatures and its thermal expansion coefficient should match those of the materials to be joined. When ceramic and metal are joined, the presence of a ductile interfacial phase compensates the differences in the thermal expansion coefficients of the phases involved. Also, it is necessary for the mechanical stability of the bond, that the binding partners are well wetted by the interfacial phase. Both Ag and Cu provide high mechanical strength, ductility, and thermal, as well as electrical conductivity. Although Ag is more expensive than Cu, it is preferred as a basis metal due to the lower process temperature and the lower oxygen affinity. A problem in using pure Ag is the poor wetting properties, at the liquid state, when in contact with oxide ceramic and steel. The high values of the contact angle (θ>120o) measured in oxide ceramic/Ag systems at oxygen concentrations of 0-3 ppm is reduced in air, but overall, the systems remain non-wetting (θ>90°). Good wetting (θ<<90o) is crucial for a strong interfacial bond between the phases in contact and simultaneously ensures the mechanical stability and gas tightness of the joints. Wetting can be improved by adding an interfacial active compound that is soluble in the noble metal solvent. A suitable material is CuO, which forms a pseudo-binary alloy with Ag in the solid state, as they present mutual solubility in the liquid state [11]. Depending on the percentage of CuO in the mixture, small contact angles (θ<20o) can be achieved in oxide ceramics/Ag + CuO systems. Requirements on the ceramic insulation layer include a high electrical and thermal resistance, a high thermal expansion coefficient, stability under mechanical pressure, structural stability and oxidation resistance at high operating temperatures. The most suitable ceramics for these requirements are MgO, MgAl2O4 or a mixture of MgO and MgAl2O4. The proposed Ag + CuO brazes come in contact with the ferritic steel of the interconnect part and with the additional sheet, as well as with the SOFC's electrolyte, 8 mol% Yttria-stabilized Zirconia (8YSZ), in the cell periphery. Ferritic steels, which have a Cr content above 20 wt% and a Mn content below 1 wt%, form a double outer layer in air that consists of Cr2O3 on the inside, towards the steel side, and a MnCr2O4 spinel phase on the outside. During the wetting experiment, the active CuO contained in the liquid Ag migrates towards the interface and a mixed oxide interface layer can be formed by reaction with the diffused cations Fe, Cr and Mn from the steel. The formation of the reaction zone improves the wetting behaviour (θ<90ο), but due to its higher brittleness, the mechanical interface stability of the composite can be reduced. In the present work, the amount of CuO additive in Ag filler metal and the way in which this additive is applied, varied to achieve good wetting properties, and stable braze’s joints. The aim was to achieve a strong interfacial bond between the contacting phases and to prevent extensive interface reactions. Reaction products that form during the early stages of the brazing process must remain constant at the operating conditions. For this reason, the long-term stability after heat treatment in air, of the material combination oxide / brazes/ steel was examined after wetting experiments.

Η χρήση των βιοϋλικών ως εμφυτεύματα στην Ουρολογία και ιδιαίτερα στις ενδοουρολογικές επεμβάσεις είναι πράξη ρουτίνας τις τελευταίες δεκαετίες. Παρ’ όλα αυτά τα προβλήματα που προκύπτουν από την ευρεία χρήση τους μπορεί να θέσουν σε κίνδυνο τη υγεία του ασθενή που τις φέρει (λοιμώξεις ή και επανεπεμβάσεις). Αναφορικά με τις επικαθίσεις δυσδιάλυτων αλάτων στην επιφάνεια των ενδοπροθέσεων αυτών υπάρχει εκτεταμένο πεδίο έρευνας αλλά οι μηχανισμοί του φαινομένου δεν έχουν διαλευκανθεί πλήρως. Ο βασικός στόχος της παρούσας διατριβής είναι η προσομοίωση του φαινομένου στο εργαστήριο με ασταθή διαλύματα συνθετικών ούρων υπέρκορα ως προς το οξαλικό ασβέστιο καθώς και η μελέτη της κινητικής και των θερμοδυναμικών παραμέτρων του φαινομένου. Το πειραματικό πρότυπο που χρησιμοποιήθηκε κρίνεται ικανοποιητικό για την κινητική μελέτη των επικαθίσεων (εναποθέσεων) σε βιοϋλικά του ουροποιητικού συστήματος. Η γραφική παράσταση της συνάρτησης της αρχικής ταχύτητας κρυστάλλωσης του μονοένυδρου οξαλικού ασβεστίου με το γινόμενο των ιοντικών ενεργοτήτων ασβεστίου και οξαλικών στην παρούσα διατριβή είναι γραμμική και σε καλή συμφωνία με αποτελέσματα από τη βιβλιογραφία. Η επιφάνεια του καθετήρα καταλύει την πυρηνογένεση ενώ οι χαμηλές τιμές επιφανειακής ενέργειας που υπολογίστηκαν υποδηλώνουν μηχανισμό ετερογενούς πυρηνογένεσης. Η αντίδραση για τον γυάλινο καθετήρα φαίνεται να ελέγχεται από την διάχυση δομικών μονάδων από το διάλυμα των συνθετικών ούρων ενώ για τους καθετήρες Foley ισχύουν διεργασίες επιφανειακής διάχυσης. Δεν φαίνεται να υπάρχει σημαντική διαφοροποίηση μεταξύ του γυαλιού και του καθετήρα Foley όσον αφορά στην επιφανειακή ενέργεια του σχηματιζόμενου στερεού. Η συμβατότητα των πυρήνων του μονοένυδρου οξαλικού ασβεστίου (COM) οι οποίοι αναπτύσσονται στους αντίστοιχους κρυσταλλίτες με τις επιφάνειες των καθετήρων Foley και των γυάλινων καθετήρων (control) – γωνία θ- βρέθηκε ότι ήταν παραπλήσια. Οι μικρές διαφοροποιήσεις στην επιφανειακή ενέργεια των υλικών τα οποία μελετήθηκαν, υποδεικνύουν ότι υλικά με μεγάλη επιφανειακή ενέργεια της αναπτυσσόμενης φάσης μπορούν να αναστείλουν τον σχηματισμό επικαθίσεων σε ενδοπροθέσεις. Η ποιοτική ανάλυση των επικαθίσεων των δυσδιάλυτων αλάτων μέσω της φασματοσκοπίας υπερύθρου είναι σημαντική για τη λήψη πληροφοριών σχετικά με τις συνθήκες σχηματισμού καθώς και του ρυθμού ανάπτυξής τους. Σε όλα τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν, από την ανάλυση των στερεών που ελήφθησαν διαπιστώθηκε ότι καταβυθίζεται αποκλειστικά μονοένυδρο οξαλικό ασβέστιο (COM). Η ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης μας παρείχε πληροφορίες για τη μορφολογία των στερεών. Παρατηρείται αλλαγή της μορφολογίας των κρυστάλλων του μονοένυδρου οξαλικού ασβεστίου παρουσία συνθετικών ούρων σε σχέση με τη μορφολογία του κρυστάλλου απουσία των συνθετικών ούρων. Η ποιοτική ταυτοποίηση 63 ουρητηρικών καθετήρων (stents) ανέδειξε πιο συχνά απαντώμενη την επικάθιση του μονοένυδρου οξαλικού ασβεστίου μόνη ή σε συνδυασμό με άλλες (36,5%). Στους καθετήρες κύστης (12) ήταν πιο συχνές οι επιμολύνσεις και οι επικαθίσεις στρουβίτη-απατίτη. Από τον μεταβολικό έλεγχο των ούρων όλων των παραπάνω ασθενών βρέθηκε σε υψηλό ποσοστό συνύπαρξη υποκιτρικουρίας (50 - 85,71%) καθώς και άλλες μεταβολικές διαταραχές όπως υπεροξαλουρία και υπομαγνησιουρία. Είναι πιθανό τέτοιοι μεταβολικοί παράγοντες να υπεισέρχονται στους μηχανισμούς ανάπτυξης των κρυσταλλικών επικαθίσεων. Τέλος, χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Phreeqc Interactive v 2.6 για τον υπολογισμό του υπερκορεσμού των ούρων ασθενών όσον αφορά στο μονοένυδρο οξαλικό ασβέστιο, στον υδροξυαπατίτη και στον βρουσίτη με ικανοποιητικά αποτελέσματα. Δεδομένου ότι ο υπερκορεσμός είναι μία αναγκαία αλλά όχι και ικανή συνθήκη για την καταβύθιση ενός άλατος η βάση δεδομένων του λογισμικού χρήζει τροποποιήσεων ώστε να έχει ακριβέστερη εφαρμογή στην βασική έρευνα και στην κλινική λιθίαση. Η ανάλυση των επικαθίσεων δυσδιάλυτων αλάτων σε βιοϋλικά του ουροποιητικού συστήματος είναι σημαντική για τη λήψη πληροφοριών σχετικά με τις συνθήκες σχηματισμού καθώς και του ρυθμού ανάπτυξής των. Οι πληροφορίες για τη διαδικασία σχηματισμού εναποθέσεων είναι σημαντικές για το σχεδιασμό νέων βιοϋλικών ανθεκτικών στα φαινόμενα των εναποθέσεων οργανικού υλικού (biofilm), μικροοργανισμών, και δυσδιάλυτων αλάτων. / The use of biomaterials as devices in Urology and particularly in endourological interventions is an ordinary practice in the last decades. Unfortunately problems that result from their wide use can get patient’s health into risk (with infections or even reoperation). There is an extensive field of research concerning encrustations (deposits) from undissolved salts in the surface of the endourological devices (stents, catheters) but the mechanisms of this phenomenon has not been cleared up completely till now. The main objective of the present study is the simulation of the phenomenon in the laboratory dealing with unstable solutions of synthetic urine supersaturated with respect to calcium oxalate monohydrate as well as the study of kinetics and thermodynamic parameters of the phenomenon. The experimental model that was used was characterised satisfactory for the kinetic study of salt deposits in biomaterials of the urinary system. The graphic representation of the function of initial rate of crystallization of calcium oxalate monohydrate with ion activity product of calcium oxalate monohydrate in the present study is linear and in accordance with results from the bibliography. The surface of catheter catalyses the formation of the nuclei of crystals while the low values of surface energy that were calculated imply mechanism of heterogeneous nucleation. The reaction in the surface of the glass catheter seems to be depended upon the diffusion of structural units from the solution of synthetic urine but the one in the Foley catheters suggests a surface diffusion mechanism. There is no important differentiation between the glass catheter and Foley catheter with respect to the surface energy of the formatted solid phase. The compatibility of calcium oxalate monohydrate nuclei which developed on the surfaces of Foley catheters and glass catheters (control) was found to be similar. The small differentiations concerning the surface energy of the materials were studied, indicate that materials with high surface energy of the developing solid phase could minimize the formation of encrustations in endourological devices. The qualitative analysis of salt encrustations via infrared spectroscopy is important for informing the conditions of nucleation as well as the rate of nuclei growth. The analysis of the solid phase took place in all experiments show exclusively calcium oxalate monohydrate formation(COM). The Scanning Electron Microscopy (SEM) provided us information about the morphology of the solid phase developed in the biomaterials surface. There was a differentiation on the crystal morphology of calcium oxalate monohydrate in the presence of synthetic urine comparing with other solutions in the bibliography. Presenting results from 11 samples– stents and catheters- was found that calcium oxalate monohydrate (COM) was the undissolved salt identified more often in such deposits. The qualitative identification of other 53 stents also showed increased calcium oxalate monohydrate deposits alone or in combination with other salts (36,5%). In 11 bladder catheters studied, the bacterial colonization was more often and the crystalline deposits were consisted mostly of struvite or apatite. Metabolic evaluation of urine of all above patients showed the coexistence of hypocitruria in high percentage (50-85,71%) as well as other metabolic disturbances such as hyperoxaluria and hypomagnesuria. It is supposed that such metabolic factors inside into the mechanisms of growth of crystal deposits. Finally, software Phreeqc Interactive v 2.6 was used for the calculation of patients’ urine supersaturation. The results were satisfactory with respect to calcium oxalate monohydrate, brushite and apatite. Since supersaturation is a necessary but not the unique factor for a salt precipitation seems that this software database requires modifications so that it has more sophisticated applications in basic research and clinical urolithiasis in future. The analysis of encrustations of undissolved salts in biomaterials used in the urinary system is important for collecting information concerning the conditions of crystal formation as well as their crystal growth. This is also important for planning new materials could resist in the phenomenon of deposits of either organic material (biofilm) and microorganisms or salts.

To θέμα του εντοπισμού των κινητών τηλεφώνων έχει τραβήξει την προσοχή τα τελευταία χρόνια εξαιτίας των απαιτήσεων της Ομοσπονδιακής Επιτροπής Επικοινωνιών για το Enhanced 911 η οποία είναι μια υπηρεσία συναγερμού. Τα ασύρματα συστήματα επικοινωνίας 3ης γενιάς ηταν τα πρώτα που υιοθέτησαν στρατηγικές εύρεσης θέσης στα στάνταρντ τους. Στην διαδικασία της εύρεσης της θέσης υπάρχουν 3 βασικές κατηγορίες μετρήσεων που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε. Η πρώτη εκτιμά το κινητό βασίζοντας τις μετρήσεις στην λαμβανόμενη ισχύ σήματος. Η δεύτερη κάνει χρήση των χρόνων άφιξης ή της διαφοράς των χρόνων άφιξης στους σταθμούς βάσης. Η τρίτη κατηγορία έχει να κάνει με τις γωνίες άφιξης στους σταθμούς βάσης. Όλες οι παραπάνω κατηγορίες μετρήσεων υποβαθμίζονται έντονα από την NLOS διάδοση. Η απουσία ενός LOS μονοπατιού μπορεί να βλάψει σημαντικά την εκτίμηση της πραγματικής θέσης του κινητού. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής είναι η συγκριτική αξιολόγηση και μελέτη κάποιων δημοφιλών τεχνικών εντοπισμού θέσης απλών και υβριδικών κάτω από διαφορετικά ΝLOS περιβάλλοντα και σε συνδυασμό με άλλες εξίσου σημαντικές παραμετρους όπως ειναι το διαθέσιμο πλήθος σταθμών βάσης σε μια περιοχή, η γεωμετρία ή με άλλα λόγια η θέση του κινητού σε σχέση με τους σταθμους βάσης. Προτείνεται επίσης και μια υβριδική τεχνική για την αντιμετώπιση των παραπάνω καταστρεπτικών επιπτώσεων του NLOS φαινομένου. / The problem of mobile location estimation has recently drawn attention due to Federal Communications Commission (FCC) demands of Enhanced-911 (E911) emergency service. Third Generation (3G) wireless systems were the first to adopt location estimation techniques into their standards. There are three basic types of measurements that can be used for location estimation. The first type includes Received Signal Strength measurements. The second type uses Time of Arrival or Time Difference of Arrival measurements of the signal to the base stations. The third type deals with Angle of Arrival measurements of the received signal. The subject of this work is the comparative evaluation and study of certain popular, simple and hybrid location estimation techniques, under different NLOS environments and in conjunction with other equally important parameters such as the number of available base stations, the geometry of the problem and the position of the mobile relative to the base stations. A hybrid method is also suggested for mitigating the destructive consequences of the NLOS effect.

Βασικός σκοπός της παρούσης διατριβής είναι η ανάπτυξη μιας διαδικασίας προσδιορισμού της βέλτιστης στρατηγικής ενίσχυσης ενός υφιστάμενου ανεπαρκούς κτιρίου, αξιοποιώντας τα δεδομένα που προκύπτουν από την αποτίμησή του με χρήση της ανελαστικής στατικής ανάλυσης και συνεκτιμώντας τις καμπύλες που αντιστοιχούν σε εναλλακτικές λύσεις επέμβασης και προσδιορίζονται προσεγγιστικά. Επειδή η καμπύλη αντίστασης του αρχικού φορέα αποτελεί τη σημαντικότερη πληροφορία που αξιολογείται στα πλαίσια της διαδικασίας που αναπτύχθηκε, ένας έμμεσος στόχος της παρούσης διατριβής είναι η αξιολόγηση των προσομοιωμάτων συμπεριφοράς στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος που συμπεριλαμβάνονται στο σχέδιο του Ελληνικού Κανονισμού Επεμβάσεων (ΚΑΝ.ΕΠΕ.), τα οποία χρησιμοποιήθηκαν στα πλαίσια των αναλύσεων που πραγματοποιήθηκαν. Για τις ανάγκες της διερεύνησης των προσομοιώματων του ΚΑΝ.ΕΠΕ. και την ανάπτυξη της μεθόδου επιλογής στρατηγικής επέμβασης διενεργήθηκαν ανελαστικές αναλύσεις σε κτίρια που τα οποία είχαν μορφωθεί και διαστασιολογηθεί με βάση της επικρατούσες πριν το 1985 αντιλήψεις. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας γίνεται μια εισαγωγή στο θέμα αποτίμησης και ενίσχυσης υφιστάμενων κατασκευών. Εντοπίζονται οι δυσκολίες και οι απαιτήσεις του προβλήματος της μελέτης υφιστάμενων κτιρίων και σχολιάζονται σύντομα τα υπάρχοντα κανονιστικά σχέδια για την αποτίμηση υφιστάμενων κατασκευών. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την αποτίμηση υφιστάμενων κτιρίων. Οι μέθοδοι διακρίνονται σε ελαστικές και ανελαστικές. Η στατική ανελαστική ανάλυση παρουσιάζεται εκτενέστερα, καθώς χρησιμοποιείται για τις αναλύσεις που πραγματοποιούνται. Συγκεκριμένα αναφέρονται οι παραδοχές στις οποίες βασίζεται και παρουσιάζονται τρεις διαφορετικές διαδικασίες για τον προσδιορισμό της στοχευόμενης μετατόπισης. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται στη μέθοδο των ανελαστικών φασμάτων απαίτησης, στην οποία βασίζεται η διαδικασία επιλογής στρατηγικής επέμβασης που αναπτύχθηκε. Το τρίτο κεφάλαιο αφορά τα προσομοιώματα συμπεριφοράς στοιχείων Ο/Σ που χρησιμοποιούνται σε ανελαστικές αναλύσεις. Συγκεκριμένα παρουσιάζεται αναλυτικά το προσομοίωμα του ΚΑΝ.ΕΠΕ. που υιοθετείται στη συνέχεια για τις ανάγκες της προσομοίωσης των κτιρίων που αναλύονται. Σύντομη αναφορά γίνεται και σε άλλα προσομοιώματα, τα οποία προτείνονται σε σχέδια κανονισμών ή ερευνητικές εργασίες. Στο τέταρτο κεφάλαιο εξετάζονται αναλυτικά τα προτεινόμενα από τον ΚΑΝ.ΕΠΕ. προσομοιώματα συμπεριφοράς των δομικών στοιχείων και η χρήση τους για την σεισμική αποτίμηση με χρήση της μη-γραμμικής στατικής ανάλυσης. Οι προτεινόμενες σχέσεις χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση των μελών δύο ιδεατών κτιρίων και ενός πραγματικού. Εξετάζονται πιθανές αποκλίσεις μεταξύ των διατιθέμενων σχέσεων, καθώς και η επιρροή διαφορετικών παραδοχών για τις τιμές του μήκους διάτμησης και του ανηγμένου αξονικού φορτίου στα προσδιοριζόμενα μεγέθη. Τέλος ελέγχεται η επίδραση των ίδιων παραμέτρων στην τελική μορφή της καμπύλης τέμνουσας βάσης – μετατόπισης και στα συμπεράσματα της διαδικασίας αποτίμησης. Το πέμπτο κεφάλαιο αναφέρεται στις στρατηγικές ενίσχυσης υφιστάμενων κτιρίων. Συγκεκριμένα αρχικά γίνεται η διάκριση μεταξύ στρατηγικής και τεχνικής επέμβασης. Στη συνέχεια αναφέρονται και σχολιάζονται διαδικασίες για την επιλογή της κατάλληλης στρατηγικής επέμβασης που αναπτύχθηκαν παλαιότερα. Ακολούθως παρουσιάζεται η προτεινόμενη διαδικασία για την επιλογή της κατάλληλης στρατηγικής επέμβασης. Αναφέρονται οι βασικές παραδοχές που λαμβάνονται και τα βήματα υπολογισμών που πραγματοποιούνται. Τέλος η προτεινόμενη διαδικασία εφαρμόζεται σε δύο ιδεατά κτίρια και παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα που αφορούν τις απαιτούμενες ενισχύσεις στα κτίρια που αναλύονται. Στο έκτο κεφάλαιο επιχειρείται η σύνδεση των εκτιμώμενων καμπυλών συμπεριφοράς για τα ενισχυμένα κτίρια, οι οποίες προκύπτουν από τη διαδικασία επιλογής στρατηγικής επέμβασης που αναπτύχθηκε, με τις απαιτούμενες επεμβάσεις στα μέλη. Σκοπός είναι να προκύψει μια διαδικασία προδιαστασιολόγησης των ενισχύσεων. Ορίζονται αδιάστατες παράμετροι που συσχετίζουν τα χαρακτηριστικά του φορέα με αυτά των μελών. Αναλύονται φορείς που προκύπτουν από υλοποίηση εναλλακτικών ενισχύσεων στα κτίρια στα οποία εφαρμόστηκε η προτεινόμενη διαδικασία και εξετάζεται πως μεταβάλλεται η τιμή των παραμέτρων που ορίστηκαν. Με βάση τα αποτελέσματα των ανελαστικών αναλύσεων και των υπολογισμών που παρουσιάζονται, διατυπώνονται απλοί κανόνες για την αρχική διαστασιολόγηση των επεμβάσεων στα μέλη. Στο τελευταίο κεφάλαιο γίνεται μια προσπάθεια ερμηνείας των αποτελεσμάτων των διερευνήσεων που παρουσιάσθηκαν ώστε να προκύψουν γενικότερα συμπεράσματα για τη διαδικασία επιλογής στρατηγικής επέμβασης που αναπτύχθηκε. Από τη διερεύνηση που πραγματοποιήθηκε προκύπτει πως με χρήση της προτεινόμενης μεθόδου εκτιμώνται με ικανοποιητική ακρίβεια οι καμπύλες συμπεριφοράς των ενισχυμένων κατασκευών για δύο ακραίες περιπτώσεις επέμβασης (αύξηση αντοχής - δυσκαμψίας και αύξηση πλαστιμότητας), η αξιολόγηση των οποίων μπορεί να οδηγήσει σε μια αξιόπιστη επιλογή της βέλτιστης στρατηγικής ενίσχυσης, χωρίς να απαιτούνται εμπειρικού χαρακτήρα εκτιμήσεις. Τέλος είναι δυνατόν να γίνει μια συντηρητική εκτίμηση των απαιτούμενων επεμβάσεων στα μέλη, η οποία κατευθύνει σε μεγάλο βαθμό την τελική επιλογή λύσης. / The main aim of the present thesis is the development of a procedure to determine the optimum retrofit strategy for an existing building, using the results obtained from the assessment of the building via non-linear static analysis and evaluating the capacity curves that correspond to the application of different strengthening solutions for the building under consideration. The latter curves are approximated without further analysis. Because of the significance of the capacity curve of the original building which is taken into consideration in the proposed strategy selection procedure, a second aim of this thesis is the evaluation of the analytical models for the behavior of Reinforced Concrete (R/C) members which are included in the first and second draft versions of the Greek Retrofitting Code (GRECO). These were used to create the numerical models of the buildings that have been analyzed. In order to develop the proposed procedure for the selection of the optimum retrofit strategy, as well as to evaluate the proposed models that are referred above, three buildings have been analyzed via non-linear static analysis (pushover analysis). The dimensioning of members of these buildings complies with the regulatory demands of the prior to 1985 Greek building Codes. In the first chapter of the present thesis, a brief introduction to the topic of assessment and strengthening of existing buildings is conducted. The basic difficulties of the problem of analyzing existing structures are pointed. Finally, draft codes that have been developed for the assessment and rehabilitation of existing buildings are reviewed briefly. In the second chapter, the basic analysis procedures that are used for the assessment of existing buildings are presented. The available procedures are separated into linear and non-linear. Non-linear static (pushover) analysis is presented thoroughly since it is used for the analyses of the buildings referred above. The basic assumptions of this analysis procedure are described as well as three different methods to determine the target displacement (or performance point). The capacity spectrum method is presented in detail, since it is the basis for the development of the proposed strategy selection procedure. The third chapter refers to the analytical models for the behavior of R/C members that are used in non-linear analyses. The models proposed in GRECO, which have been used in terms of the analyses of the buildings that were examined in this thesis, are presented thoroughly. Other models included in draft codes (such as FEMA 356) or proposed by researchers are briefly reviewed. In the fourth chapter, the analytical models for the behavior of R/C members that are included in GRECO are presented in detail. Moreover, the application of the above models in the assessment of existing buildings using pushover analysis is examined. The proposed equations are applied to model the behavior of the members of three buildings, in order to examine whether the use of different equations leads to significantly different results for the inelastic deformation capacities of the members. Furthermore, the impact of different assumptions for parameters, such as the non-constant axial load, to the results of the above equations is discussed. Finally, the effect of the above parameters in the capacity curve of the building, which is being analyzed, is examined. In the fifth chapter, the strategies for the retrofit of existing buildings are discussed. The difference between retrofit techniques and retrofit strategies is stated. Available procedures for the selection of the optimum retrofit strategy are reviewed and commented. Furthermore, the procedure proposed in this thesis is presented. The basic assumptions and the required calculations are stated. Finally, the procedure is applied for the selection of the optimum retrofit strategy of two of the buildings analyzed earlier in the present thesis. The results and main conclusions are referred briefly. In the sixth chapter, the estimated capacity curves of the strengthened buildings, which arise from the strategy selection procedure that has been developed, are correlated with the required rehabilitation measures for the members. The buildings under consideration are analyzed taking into account the application of different rehabilitation scenarios and several parameters such as the strength or ductility of the retrofitted members in regard with that of the entire building are evaluated. Finally a simplified procedure for the estimation of the needed rehabilitation measures for the members in order to achieve the targeted capacity curve for the structure is proposed. In the final chapter, the results concerning the proposed procedure for the estimation of the optimum retrofit strategy for an existing building are reviewed and the main conclusions are presented. The use of the proposed procedure results in the estimation of the capacity curve of the rehabilitated building with acceptable accuracy, considering two “extreme” retrofit scenarios (system strengthening and stiffening or increasing the ductility of the building). The evaluation of these two curves leads to the selection of the optimum retrofit strategy for a building, which usually combines the effects of the above scenarios. Finally, it is possible to estimate the required retrofit measures for the members of the structure under consideration, although the results are conservative and can be used only for the needs of the initial evaluation discussed in this thesis.

Τα προηγμένα (δομικά ή λειτουργικά) κεραμικά θεωρούνται ως τα πλέον κατάλληλα υλικά για εφαρμογές όπου απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες. Διαθέτουν μία σειρά από πλεονεκτήματα όπως π.χ. αντοχή σε θερμικούς αιφνιδιασμούς, υψηλή σκληρότητα, αντοχή σε φθορά και διάβρωση και μεγάλο εύρος στις τιμές των ηλεκτρικών τους ιδιοτήτων. Από τεχνολογική άποψη ενδιαφέρον παρουσιάζει ο συνδυασμός τους με μεταλλικές φάσεις με στόχο την συνένωση υλικών ή την παρασκευή σύνθετων κεραμομεταλλικών υλικών. Κεραμικές ενώσεις οξειδίων μπορεί να χρησιμοποιηθούν στην τεχνολογία των κελιών καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη (SOFC) ως μονωτικά ή στεγανωτικά υλικά. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η αλληλεπίδραση τους στην διεπιφάνεια σε επαφή με άργυρο και κράματα με βάση τον άργυρο για χρήση ως εναλλακτικών, σε αντικατάσταση των υαλοκεραμικών, συγκολλητικών μεταξύ των στρώσεων των μεμονωμένων στοιβάδων των SOFC. Σημαντικό ρόλο στη μικροδομή και τις ιδιότητες των υλικών αυτών παίζουν τα φαινόμενα διαβροχής και η ισχύς του δεσμού που αναπτύσσεται στη διεπιφάνεια κεραμικού / μετάλλου, καθώς και οι επιφανειακές και διεπιφανειακές ενέργειες των υλικών ή των συστημάτων των υλικών που βρίσκονται σε επαφή. Για το λόγο αυτό η γνώση των επιφανειακών και διεπιφανειακών μεγεθών είναι απαραίτητη για την πρόβλεψη των ιδιοτήτων των συστημάτων σε επαφή. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της συνάφειας και των διεπιφανειακών ιδιοτήτων σε συστήματα κεραμικών οξειδίων σε επαφή με ρευστές μεταλλικές φάσεις και ιδιαίτερα σε συστήματα του κεραμικών οξειδίων σε επαφή με ρευστές μεταλλικές φάσεις αργύρου, με τελικό σκοπό την εφαρμογή των συστημάτων αυτών στην τεχνολογία των SOFC. Στο πρώτο μέρος της εργασίας, εξετάσθηκε η επίδραση του διαλυτοποιημένου οξυγόνου στην επιφανειακή ενέργεια του ρευστού άργυρου και του ρευστού χαλκού. Από τις εξισώσεις που εξήχθησαν είναι δυνατός ο προσδιορισμός της επιφανειακής ενέργειας τους για δεδομένη θερμοκρασία και μερική πίεση οξυγόνου. Υπολογίσθηκε η ελεύθερη ενέργεια προσρόφησης του οξυγόνου στην επιφάνεια του ρευστού χαλκού, μέχρι τον κορεσμό. Διατυπώθηκε επίσης μία σχέση για τον υπολογισμό της διαλυτότητας ενός οξειδίου στα ρευστά μέταλλα σε εξάρτηση με την θερμοκρασία και την μερική πίεση του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα του πειράματος. Στη συνέχεια, με χρήση ενός συνδυασμού βιβλιογραφικών και πειραματικών δεδομένων σχετικά με τις τιμές της επιφανειακής ενέργειας και τις γωνίας επαφής σε συστήματα κεραμικών οξειδίων σε επαφή με διάφορα ρευστά μέταλλα βελτιστοποιήθηκε μια εμπειρική σχέση η οποία, σε δεδομένη θερμοκρασία, συνδέει άμεσα την επιφανειακή ενέργεια των στερεών οξειδίων με την επιφανειακή ενέργεια των ρευστών μετάλλων και τη γωνία επαφής. Μέσω αυτής της σχέσης είναι δυνατή η εκτίμηση της επιφανειακής ενέργειας ενός στερεού οξειδίου ή της γωνίας επαφής σε μη διαβρέχοντα και μη αντιδρώντα συστήματα κεραμικών οξειδίων / ρευστών μετάλλων, με την προϋπόθεση ότι η μερική διαλυτοποίηση οξυγόνου του κεραμικού μέσα στο ρευστό μέταλλο δεν επηρεάζει τις διεπιφανειακές ιδιότητες του συστήματος. Η σχέση αυτή επαληθεύθηκε για διάφορα συστήματα κεραμικών οξειδίων / ρευστών μετάλλων και επιπλέον εφαρμόσθηκε για τον προσδιορισμό της επιφανειακής ενέργειας του πολυκρυσταλλικού οξειδίου Y2O3 μετά από πειράματα διαβροχής από ρευστό άργυρο, του πολυκρυσταλλικού οξειδίου 3YTZ (3mol% Yttria partial stabilized zirconia) και του μικτού πολυκρυσταλλικού οξειδίου 85wt% MgO + 15 wt% MgAl2O4, μετά από πειράματα διαβροχής με ρευστό άργυρο. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας πραγματοποιήθηκαν πειράματα διαβροχής κεραμικών οξειδίων από τήγμα αργύρου σε οξειδωτικές συνθήκες (αέρας) για να εξετασθεί η επίδραση του οξυγόνου στις διεπιφανειακές ιδιότητες του συστήματος, καθώς η τεχνολογία των SOFC απαιτεί οι διεργασίες αυτές να πραγματοποιούνται σε συνθήκες περιβάλλοντος. Διαπιστώθηκε ότι η παρουσία οξυγόνου βελτιώνει τη διαβρεξιμότητα στα συστήματα κεραμικών / μετάλλου αυξάνοντας την ισχύ του δεσμού στην διεπιφάνεια, όμως η γωνία θ παραμένει θ > 90◦ (κακή διαβροχή). Σημαντική ελάττωση της γωνίας επαφής επιτυγχάνεται με προσθήκη διεπιφανειακά ενεργών συστατικών στο τήγμα του συγκολλητικού μετάλλου αυξάνοντας σημαντικά το έργο συνάφειας και ως εκ τούτου την ισχύ του δεσμού στην διεπιφάνεια κεραμικού/μετάλλου. Για τον ίδιο λόγο πραγματοποιήθηκαν πειράματα διαβροχής κεραμικών οξειδίων από οξείδια με βάση το βόριο και το λίθιο, στον αέρα, με σκοπό να εξετασθεί η συνοχή μεταξύ των φάσεων σε επαφή. Τέλος εξετάσθηκε η διαβροχή του χάλυβα Crofer 22 APU, ο οποίος χρησιμοποιείται στην τεχνολογία των SOFC, από τις ίδιες ρευστές φάσεις, με στόχο να εξετασθεί η δυνατότητα χρήσης τους ως συγκολλητικές φάσεις σε κελιά καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη. / Advanced ceramics (structural or functional) are considered to be the most suitable for use in high temperature applications. They have a number of advantages, such as resistance to thermal shocks, high hardness, wear and corrosion resistance and a wide range in the values of their electrical properties. Special interest is being manifested in the compounds of ceramics with metals and metal alloys, in the field of materials joining and the production of composite materials. Ceramic compounds are used in the field of solid oxide fuel cells (SOFC) as insulators and sealing materials. Particular interest has been stimulated in the interaction in the interface of ceramics in contact with liquid silver and silver based alloys, as alternatives to the glass-ceramics sealing materials in SOFC stacks. In all of these cases the surface and interfacial energies of the materials or the materials systems used, as well as the wetting and bonding phenomena at the interface, play a key role in obtaining materials with the desired properties and microstructure. The aim of the present work is the study of adhesion and interfacial properties in ceramic oxide / liquid metal systems, particularly in systems of ceramic oxides in contact with liquid silver and silver-based alloys, with the ultimate aim of implementing such systems in the SOFC technology. In the first part of this work, the effect of the dissoluted oxygen on the surface energy of liquid copper and liquid silver was examined. The equations that were deriverd can be used to calculate their surface energy as a function of the temperature and the partial pressure of the oxygen. The free energy of the oxygen adsorption in the surface of the liquid copper was calculated, until saturation. Also, an equation that allows to calculate the solubility of an oxide in a liquid metal was deriverd, as a function of the temperature and the oxygen partial pressure. Moreover, from the combination of literature and experimental data of interfacial energies and contact angles in non-wetting and non-reactive ceramic oxide/liquid metal systems where the limited solubility of oxygen of the ceramic oxides into the liquid metalls has no effect on the interfacial properties, has led to an empirical relationship which correlates at a given temperature the surface energy of the oxides with the contact angle and the surface energy of the liquid metal. This relationship allows either the calculation of the surface energy of an oxide from known values of the surface energy of a liquid metal and the contact angle, or conversely, the estimation of the contact angle value, as well as the work of adhesion, for known surface energy of the oxide. The formulated empirical relationship has been applied to additional non-wetting and non-reactive systems of oxides in contact with liquid metals and the results showed good agreement with literature data. In addition, the empirical formula was used to calculate the surface energies of the polycrystalline oxides Y2O3 and 3YTZ (3mol% Yttria partial stabilized zirconia) as well as the 85wt% MgO + 15 wt% MgAl2O4 mixed oxide, after wetting experiments with liquid copper and/or liquid silver in an Ar- 4%H2 atmosphere. In the second part of this work, the effect of the oxygen on the the interfacial properties of the ceramics / liquid silver systems was examined by wetting experiments, in order to achieve conditions similar to the SOFC operating conditions. The results showed that the presence of the oxygen improves the wetability in the ceramic / liquid metal systems, increasing the bond in the interface but the angle remains θ > 90◦ (non wetting systems). The addition of interfacial active compounds in the liquid metal led to a significant decrease in the contact angle value, with the simultaneous increase in the work of adhesion, and so to the increase in the strength of the bond. For this purpose and in order to examine the adhesion between the two phases, wetting experiments with lithium and borium based oxides took place. Finally, the above liquid phases were used in wetting experiments on steel substrate (Crofer 22 APU) in order to investigate the potential usage of them as sealing and insulators in SOFC technology.

Τα φωτοβολταϊκά είναι κατάλληλες ενεργειακές συσκευές τόσο για εφαρμογή σε κεντρικές μονάδες παραγωγής ηλεκτρισμού (φωτοβολταϊκά πάρκα) όσο και σε ξεχωριστές μονάδες (κατοικίες και άλλα κτήρια). Και στις δύο αυτές περιπτώσεις, η εγκατάσταση των φωτοβολταϊκών επιδιώκεται να έχει την βέλτιστη κλίση και αζιμούθια γωνία των φβ πλαισίων, για να επιτυγχάνεται μεγιστοποίηση του παραγόμενου ηλεκτρισμού. Εκτός από τις περιπτώσεις που είναι εφικτή η βέλτιστη εγκατάσταση των φβ, υπάρχουν και περιπτώσεις που η εγκατάσταση παρουσιάζει ιδιαιτερότητα ως προς την τοποθέτηση και χρειάζεται ειδική μελέτη για την επίτευξη ικανοποιητικού αποτελέσματος. Στις περιπτώσεις αυτές και εκτός από το αυξημένο κόστος τα άλλα κριτήρια είναι κυρίως η επιλογή του κατάλληλου φβ πλαισίου και η λειτουργική και αισθητική ιδιαιτερότητα της εγκατάστασης, σε συνδυασμό με τις ενεργειακές και περιβαλλοντικές προεκτάσεις. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη νέων τρόπων εγκατάστασης φωτοβολταϊκών, με την εξέταση των παραμέτρων που επηρεάζουν την ενεργειακή συμπεριφορά τους, ανάλογα του είδους και της τοποθέτησης των φβ πλαισίων, των συνθηκών θερμοκρασίας λειτουργίας, του πνέοντος ανέμου και φωτισμού και των ειδικών απαιτήσεων της εφαρμογής, στην κάλυψη των αναγκών σε ηλεκτρισμό. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται και στις συνέπειες από την ικανοποίηση αισθητικών απαιτήσεων των εγκαταστάσεων των φβ, επιδιώκοντας τον βέλτιστο συγκερασμό. Στην εργασία μελετάται πειραματικά και σε συνθήκες φυσικού ηλιασμού η συνεισφορά των διάχυτων και κατοπτρικών ανακλαστήρων στην ενεργειακή απόδοση των φβ, η απαγωγή θερμότητας από τα φβ με νερό ή αέρα, η εγκατάσταση των φβ σε δυσμενή ενεργειακά κλίση και αζιμούθια γωνία, η χρήση διαπερατών στο φως φβ πλαισίων, κλπ. Δοκιμάστηκαν διάφορα φβ πλαίσια (πυριτίου, CIS, λεπτού φιλμ, οργανικά, άκαμπτα, εύκαμπτα, κλπ) και προτείνονται σχεδιάσεις φβ εγκαταστάσεων για ειδικές περιπτώσεις εφαρμογών. Επιπλέον, υπολογίστηκαν και τα περιβαλλοντικά οφέλη από την ευρεία χρήση των φωτοβολταϊκών, ανάλογα με τις ιδιαιτερότητες των εφαρμογών τους. / Photovoltaics are solar energy devices suitable for applications in both central power generation units (solar farms) and in separate units (residential and other buildings). In both cases, the aim is to install the photovoltaic modules with optimum tilt and azimuth angle, so that the electrical output is maximized. However, there are times where the photovoltaic modules cannot be placed with optimum angles and special considerations must be done in order to achieve a satisfactory result. In such cases, besides the increased cost, there are other things that need to be considered, such as the selection of a suitable type of photovoltaic module, the functional and aesthetic particularities of the installation in combination with the energy and environmental implications. The aim of this thesis is to study new ways of installing photovoltaics, by examining the parameters that affect their energy behavior, depending on the type of pv module and the way they are installed, the operating temperature conditions, the wind, the lighting and the specific requirements of the installation, in order to meet the electrical needs. A particular reference is made at the consequences of satisfying the aesthetic requirements of pv installations, seeking the optimal solution between functional and aesthetic application. In this thesis, experiments are conducted in natural conditions in order to determine the effects of the sunlight contribution of diffuse and specular reflectors at the energy efficiency of photovoltaics, the heat dissipation with water or air, the installation of pv modules with an unfavorable inclination and azimuth angle, the use of transparent pv modules, etc. Furthermore, several types of pv modules are tested (silicon, CIS, thin film, organic, rigid, flexible, etc.) and suggestions are made for special applications. In addition, an estimation of the environmental benefits of the widespread use of photovoltaics is done, according to the particularities of their applications.