-- / --

Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει τα φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά του βραχώδους υλικού δύο διαφορετικών πετρωμάτων και συγκεκριμένα ψαμμιτών και γρανιτών. Οι ψαμμίτες προέρχονται από πέντε (5) επιλεγμένες θέσεις δειγματοληψίας σε αντίστοιχες θέσεις της Δ. Ελλάδας, από την ακολουθία του φλύσχη που ανήκει και στις τρεις αντιπροσωπευτικές γεωτεκτονικές ζώνες της ευρύτερης περιοχής. Η δειγματοληψία έγινε σε βραχώδη δείγματα μεγάλων διαστάσεων (block samples) και στη συνέχεια διαμορφώθηκαν κυλινδρικά δείγματα με εργαστηριακή καροταρία. Οι γρανίτες προέρχονται από δείγματα σημαντικού αριθμού δειγματοληπτικών γεωτρήσεων που εκτελέστηκαν στα πλαίσια της γεωτεχνικής έρευνας θεμελίωσης αιολικού πάρκου (ανεμογεννητριών) στην περιοχή Πισοδερίου Φλώρινας. Η εργαστηριακή έρευνα περιλάμβανε την προσέγγιση κυρίως της φυσικής συμπεριφοράς των ψαμμιτών με «μη καταστρεπτικές δοκιμές» σε 16 κυλινδρικά διαμορφωμένα δείγματα, ενώ για τους γρανίτες και συγκεκριμένα σε 120 κυλινδρικά δείγματα, έμφαση δόθηκε στις μηχανικές ιδιότητες η οποίες και απαιτούνται για τον ορθολογικό σχεδιασμό του συγκεκριμένου τεχνικού έργου. Οι ψαμμίτες ήταν κυρίως χαλαζιακοί, ασβεστιτικοί – χαλαζιακοί και αρκόζες. Τις χαμηλότερες τιμές ταχύτητας υπερήχων και σκληρότητας παρουσιάζουν οι αρκόζες, ενώ αντίθετα οι χαλαζιακοί ψαμμίτες εμφανίζονται σαν μέτρια σκληροί και με αρκετά χαμηλά πορώδη. Οι γρανίτες εμφανίζονται συνήθως σκληροί, υψηλής – πολύ υψηλής αντοχής με τιμές λόγου μέτρου (MR) να κυμαίνονται από περίπου 600 μέχρι <50. Ο σημαντικός αριθμός εργαστηριακών μετρήσεων κυρίως των παραμέτρων αντοχής επέτρεψε την στατιστική επεξεργασία τους και τη διατύπωση εμπειρικών σχέσεων γενικής εφαρμογής που χαρακτηρίζουν το συγκεκριμένο πέτρωμα. / This thesis examines the physical and mechanical characteristics of the rocky material of two different rocks and specifically sandstones and granites. The sandstones come from five (5) selected sampling sites in corresponding locations of Western Greece, from the sequence of flysch that belongs to all three representative geotectonic zones of the surrounding area. The sampling was done in large rock samples (block samples) and then formed cylindrical samples with laboratory karotaria. The granite samples come from a large number of sample drillings that carried out under the geotechnical research foundation of a wind farm (wind turbines) in Pissoderi Florina. The laboratory investigation included the main approach of the physical behavior of sandstones with "non-destructive testing" in 16 cylindrical shaped samples, while for the granite and specifically for 120 cylindrical samples, emphasis was placed on the mechanical characteristics which are necessary for the rational design of this specific technical project. The sandstones were mainly quartz, limestone - quartz and arkozes. The lowest ultrasound speed value and hardness show the arkozes, while the quartz sandstones appear as medium hard and relatively low porous. The granites usually appear tough, high - very high resistance to ratio value measure (MR) ranging from about 600 to <50. The large number of laboratory measurements of the parameters, mainly resistance’s, allowed the statistical processing and the formulation of empirical relationships of general application that characterize this rock.

Οι αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης είναι επιθυμητό να είναι σε θέση να γενικεύσουν για οποιασδήποτε κλάση με ίδια ακρίβεια. Δηλαδή σε ένα πρόβλημα δύο κλάσεων - θετικών και αρνητικών περιπτώσεων - ο αλγόριθμος να προβλέπει με την ίδια ακρίβεια και τα θετικά και τα αρνητικά παραδείγματα. Αυτό είναι φυσικά η ιδανική κατάσταση. Σε πολλές εφαρμογές οι αλγόριθμοι καλούνται να μάθουν από ένα σύνολο στοιχείων, το οποίο περιέχει πολύ περισσότερα παραδείγματα από τη μια κλάση σε σχέση με την άλλη. Εν γένει, οι επαγωγικοί αλγόριθμοι είναι σχεδιασμένοι να ελαχιστοποιούν τα σφάλματα. Ως συνέπεια οι κλάσεις που περιέχουν λίγες περιπτώσεις μπορούν να αγνοηθούν κατά ένα μεγάλο μέρος επειδή το κόστος λανθασμένης ταξινόμησης της υπερ-αντιπροσωπευόμενης κλάσης ξεπερνά το κόστος λανθασμένης ταξινόμησης της μικρότερη κλάση. Το πρόβλημα των ανομοιογενών συνόλων δεδομένων εμφανίζεται και σε πολλές πραγματικές εφαρμογές όπως στην ιατρική διάγνωση, στη ρομποτική, στις διαδικασίες βιομηχανικής παραγωγής, στην ανίχνευση λαθών δικτύων επικοινωνίας, στην αυτοματοποιημένη δοκιμή του ηλεκτρονικού εξοπλισμού, και σε πολλές άλλες περιοχές. Η παρούσα διπλωματική εργασία με τίτλο ‘Μηχανική Μάθηση με Ανομοιογενή Δεδομένα’ (Machine Learning with Imbalanced Data) αναφέρεται στην επίλυση του προβλήματος αποδοτικής χρήσης αλγορίθμων μηχανικής μάθησης σε ανομοιογενή/ανισοκατανεμημένα δεδομένα. Η διπλωματική περιλαμβάνει μία γενική περιγραφή των βασικών αλγορίθμων μηχανικής μάθησης και των μεθόδων αντιμετώπισης του προβλήματος ανομοιογενών δεδομένων. Παρουσιάζεται πλήθος αλγοριθμικών τεχνικών διαχείρισης ανομοιογενών δεδομένων, όπως οι αλγόριθμοι AdaCost, Cost Senistive Boosting, Metacost και άλλοι. Παρατίθενται οι μετρικές αξιολόγησης των μεθόδων Μηχανικής Μάθησης σε ανομοιογενή δεδομένα, όπως οι καμπύλες διαχείρισης λειτουργικών χαρακτηριστικών (ROC curves), καμπύλες ακρίβειας (PR curves) και καμπύλες κόστους. Στο τελευταίο μέρος της εργασίας προτείνεται ένας υβριδικός αλγόριθμος που συνδυάζει τις τεχνικές OverBagging και Rotation Forest. Συγκρίνεται ο προτεινόμενος αλγόριθμος σε ένα σύνολο ανομοιογενών δεδομένων με άλλους αλγόριθμους και παρουσιάζονται τα αντίστοιχα πειραματικά αποτελέσματα που δείχνουν την καλύτερη απόδοση του προτεινόμενου αλγόριθμου. Τελικά διατυπώνονται τα συμπεράσματα της εργασίας και δίνονται χρήσιμες ερευνητικές κατευθύνσεις. / Machine Learning (ML) algorithms can generalize for every class with the same accuracy. In a problem of two classes, positive (true) and negative (false) cases-the algorithm can predict with the same accuracy the positive and negative examples that is the ideal case. In many applications ML algorithms are used in order to learn from data sets that include more examples from the one class in relationship with another class. In general inductive algorithms are designed in such a way that they can minimize the occurred errors. As a conclusion the classes that contain some cases can be ignored in a large percentage since the cost of the false classification of the super-represented class is greater than the cost of false classification of lower class. The problem of imbalanced data sets is occurred in many ‘real’ applications, such as medical diagnosis, robotics, industrial development processes, communication networks error detection, automated testing of electronic equipment and in other related areas. This dissertation entitled ‘Machine Learning with Imbalanced Data’ is referred to the solution of the problem of efficient use of ML algorithms with imbalanced data sets. The thesis includes a general description of basic ML algorithms and related methods for solving imbalanced data sets. A number of algorithmic techniques for handling imbalanced data sets is presented, such as Adacost, Cost Sensitive Boosting, Metacost and other algorithms. The evaluation metrics of ML methods for imbalanced datasets are presented, including the ROC (Receiver Operating Characteristic) curves, the PR (Precision and Recall) curves and cost curves. A new hybrid ML algorithm combining the OverBagging and Rotation Forest algorithms is introduced and the proposed algorithmic procedure is compared with other related algorithms by using the WEKA operational environment. Experimental results demonstrate the performance superiority of the proposed algorithm. Finally, the conclusions of this research work are presented and several future research directions are given.

Η πιο απλή μορφή γενετικής διαφοροποίησης στον άνθρωπο είναι οι μονονουκλεοτιδικοί πολυμορφισμοί (Single Nucleotide Polymorphisms - SNPs). Ο αριθμός αυτού του είδους πολυμορφισμών που έχουν βρεθεί στο ανθρώπινο γονιδίωμα και επηρεάζουν την παραγόμενη πρωτεΐνη αυξάνεται συνεχώς, αλλά η αντιστοίχηση τους σε πιθανές ασθένειες με πειραματικές μεθόδους είναι ασύμφορη από θέμα χρόνου και κόστους. Για αυτό τον λόγο έχουν αναπτυχθεί διάφορες υπολογιστικές μέθοδοι με σκοπό να ταξινομήσουν τους μονονουκλεοτιδικούς πολυμορφισμούς σε παθογόνους και μη. Οι περισσότερες από αυτές τις μεθόδους χρησιμοποιούν ταξινομητές, οι οποίοι παίρνοντας σαν είσοδο ένα σύνολο δομικών, λειτουργικών, ακολουθιακών και εξελικτικών χαρακτηριστικών, επιχειρούν να προβλέψουν αν ένας μονονουκλεοτιδικός πολυμορφισμός είναι παθογόνος ή μη. Για την εκπαίδευση αυτών των ταξινομητών, χρησιμοποιούνται δύο σύνολα μονονουκλεοτιδικών πολυμορφισμών. Το πρώτο αποτελείται από μονονουκλεοτιδικούς πολυμορφισμούς που έχει βρεθεί πειραματικά ότι οδηγούν σε παθογένεια και το δεύτερο από μονονουκλεοτιδικούς πολυμορφισμούς που έχει αποδειχθεί πειραματικά ότι είναι αδρανείς. Οι μέθοδοι αυτές διαφέρουν στα χαρακτηριστικά των μεταλλάξεων που λαμβάνουν υπόψη στην πρόβλεψη τους, καθώς επίσης και στην εκπαίδευση και τη φύση των τεχνικών ταξινόμησης, που χρησιμοποιούν για τη λήψη των αποφάσεων. Το βασικότερο προβλήματα τους ωστόσο έγκειται στο γεγονός ότι καθορίζουν τα χαρακτηριστικά, που θα χρησιμοποιήσουν σαν είσοδο στους ταξινομητές τους με τρόπο εμπειρικό και μάλιστα διαφορετικές μέθοδοι προτείνουν και χρησιμοποιούν διαφορετικά χαρακτηριστικά, χωρίς να τεκμηριώνουν επαρκώς τις αιτίες αυτής της διαφοροποίησης. Δύο ακόμα προβλήματα που δεν έχουν καταφέρει να αντιμετωπίσουν οι υπάρχουσες μεθοδολογίες είναι το πρόβλημα της ανισορροπίας των δύο κλάσεων ταξινόμησης και των ελλιπών τιμών σε πολλά από τα χαρακτηριστικά εισόδου των ταξινομητών, ώστε να επιτυγχάνουν πιο ακριβή και αξιόπιστα αποτελέσματα. Από τα παραπάνω είναι ξεκάθαρο πως υπάρχει μεγάλο περιθώριο βελτίωσης των υπάρχουσων μεθοδολογιών για το συγκεκριμένο πρόβλημα ταξινόμησης. Στην παρούσα διπλωματική εργασία προτείνουμε μια νέα υβριδική μεθοδολογία υπολογιστικής νοημοσύνης, που ξεπερνά πολλά από τα προβλήματα των υπάρχοντων μεθοδολογιών και βελτιώνει με τον τρόπο αυτό την απόδοσή τους. Δύο είναι τα βασικά βήματα που ακολουθήσαμε για την επίτευξη του στόχου αυτού. Πρώτον, συγκεντρώσαμε από τις διαθέσιμες δημόσιες βάσεις δεδομένων, τους μονονουκλεοτιδικούς πολυμορφισμούς που χρησιμοποιήθηκαν για την εκπαίδευση και τον έλεγχο των μοντέλων μηχανικής μάθησης. Συγκεκριμένα, συλλέχθησαν και φιλτραρίστηκαν τα θετικά και αρνητικά σύνολα εκπαίδευσης και ελέγχου, που αποτελούνται από μονονουκλεοτιδικούς πολυμορφισμούς που είτε οδηγούν σε παθογένεια, είτε είναι ουδέτεροι. Για κάθε πολυμορφισμό των δύο συνόλων υπολογίσαμε χρησιμοποιώντας υπάρχοντα διαθέσιμα εργαλεία όσο το δυνατό περισσότερα δομικά, λειτουργικά, ακολουθιακά και εξελικτικά χαρακτηριστικά. Για εκείνα τα χαρακτηριστικά, για τα οποία δεν υπήρχε κάποιο διαθέσιμο εργαλείο υπολογισμού τους, υλοποιήσαμε τον κατάλληλο κώδικα για τον υπολογισμό τους. Το δεύτερο βήμα της διπλωματικής αφορούσε το σχεδιασμό και την υλοποίηση της κατάλληλης υβριδικής μεθόδου για την επίλυση του προβλήματος που μελετάμε. Χρησιμοποιήσαμε μια νέα μέθοδο ταξινόμησης την EnsembleGASVR. Πρόκειται για μια ensemble μεθοδολογία, που συνδυάζει σε ένα ενιαίο πλαίσιο ταξινόμησης οκτώ διαφορετικούς ταξινομητές. Κάθε ένας από αυτούς τους ταξινομητές βασίζεται στον υβριδικό συνδυασμό των Γενετικών Αλγορίθμων και των μοντέλων Παλινδρόμησης Διανυσμάτων Υποστήριξης (nu-Support Vector Regression). Συγκεκριμένα ένας Προσαρμοζόμενος Γενετικός Αλγόριθμος χρησιμοποιείται για να καθοριστεί το βέλτιστο υποσύνολο χαρακτηριστικών, καθώς και οι βέλτιστες τιμές των παραμέτρων των ταξινομητών. Σαν μέθοδο ταξινόμησης των μεταλλάξεων σε ουδέτερες και παθογενείς, προτείνουμε τον nu-SVR ταξινομητή, καθώς παρουσιάζει υψηλή απόδοση, καλή γενίκευση, δεν παγιδεύεται σε τοπικά βέλτιστα, ενώ ταυτόχρονα επιτυγχάνει την ισορροπία μεταξύ της ακρίβειας και της πολυπλοκότητας του μοντέλου. Μάλιστα για να ξεπεράσουμε τα πρόβληματα των ελλιπών τιμών και της ανισορροπίας των δύο κλάσεων ταξινόμησης, αλλά και για να βελτιώσουμε τη συνολική απόδοση της μεθοδολογίας μας, επεκτείναμε τον υβριδικό αλγόριθμο, ώστε να λειτουργεί σαν μία ensemble-συλλογική τεχνική, συνδυάζοντας οκτώ επί μέρους μοντέλα ταξινόμησης. Τα πειραματικά αποτελέσματα της προτεινόμενης μεθοδολογίας ήταν εξαιρετικά ελπιδοφόρα, καθώς η EnsembleGASVR μεθοδολογία υπερτερεί σημαντικά έναντι άλλων ευρέως γνωστών μεθόδων ταξινόμησης παθογενών μεταλλάξεων. / Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) are the most common form of genetic variations in humans. The number of SNPs that have been found in human genome and affect protein functionality is constantly increasing. Finding matches between SNPs and diseases using experimental techniques, is excessive disadvantageous in terms of time and cost. For this reason, several computational methods have been developed. These methods classify polymorphisms as pathogenic and non-pathogenic. Most of them use classifiers, which take as input a set of structural, functional, sequential and evolutionary features and predict whether a single nucleotide polymorphism is pathogenic or neutral. For training these classifiers use two sets of SNPs. The first one consists of SNPs that have been experimentally proven as pathogenic, whereas the second set consists of SNPs that have been experimentally characterized as benign. These methods differ in the classification methods they deploy and in the features they use as inputs. However, the main problem is the determination of an empirically verified set of features for training. Specifically, different methods suggest different feature sets, without adequately documenting the causes of this differentiation. In addition, the existing methodologies do not tackle efficiently the class imbalance problem between positive and negative training sets and the problem of missing values in the datasets. In this thesis a new hybrid computational intelligence methodology is proposed, that overcomes many of the problems of existing methodologies. The proposed method achieves high classification performance and systematizes the selection of relevant features. In the first phase of this study the polymorphisms were gathered from the available public databases and they were used for training and testing of the machine learning models. Specifically, the positive and negative training and test sets were collected and filtered. They consist of single nucleotide polymorphisms that lead to either pathogenesis or are neutral. For each polymorphism of the two sets, using existing available tools, a wide range of structural, functional, sequential and evolutionary features were calculated. For those features for which there was no available tool, the suitable program (code) was developed in order to compute them. In the second step a new embedded hybrid classification method called EnsembleGASVR is designed and implemented. The method uses an ensemble methodology, based on hybrid combination of Genetic Algorithms and nu-Support Vector Regression (nu-SVR) models. An Adaptive Genetic Algorithm is used to determine the optimal subset of features and the optimal values of the parameters of classifiers. We propose the nu-SVR classifier, since it exhibits high performance, good generalization ability, it is not trapped in local optima and achieves a balance between accuracy and complexity of the model. In order to overcome the problem of missing values and class imbalance, we extended the above algorithm to function as a collective ensemble-technique, combining eight individual classification models. In overall, the method achieves 87.45% accuracy, 71.78% sensitivity and 93.16% specificity. These priliminary results are very promising and shows that EnsembleGASVR methodology significantly outperforms other well-known classification methods for pathogenic mutations.

Στην εργασία αυτή ασχολούμαστε με την αξιοποίηση των δεδομένων από διαφορετικά κοινωνικά δίκτυα (πιο συγκεκριμένα από Foursquare και Facebook) με σκοπό να ταυτοποιήσουμε τις ίδιες τοποθεσίες (ή αλλιώς σημεία ενδιαφέροντος) που έχουν εισαχθεί σε αυτά τα δίκτυα. Το πρόβλημα της ταυτοποίησης είναι σημαντικό να λυθεί διότι έτσι θα μπορούσε να αποκτηθεί μια καλύτερη εικόνα για τις αλληλεπιδράσεις των χρηστών με το φυσικό περιβάλλον με τη χρήση των μέσων κοινωνικής δικτύωσης (social data). Αυτό σημαίνει ταυτόχρονα και καλύτερη ανάλυση και αξιοποίηση αυτών δεδομένων, αφού θα έχουμε αναγνωρίσει μεγάλο μέρος των κοινών σημείων ενδιαφέροντος από ετερογενή σύνολα δεδομένων από τα μέσα κοινωνικής δικτύωσης. Μια λύση στο πρόβλημα είναι η χρήση των αλγορίθμων μηχανικής μάθησης, που θα αποφασίζουν αν ένα ζεύγος σημείων αντιπροσωπεύει το ίδιο σημείο ενδιαφέροντος. / In this paper we deal with the exploitation of data from different social networks (more specifically from Foursquare and Facebook) in order to identify the same locations (or landmarks ) introduced in these networks . The problem of identification is important to solve it so he could get a better picture of the user interactions with the natural environment through the use of social media (social data). This means simultaneously and better analysis and use of such data , since we recognize much of the common points of interest from heterogeneous datasets from social media . One solution to this problem is the use of machine learning algorithms , which will decide whether a pair of points represents the same point of interest .

Η παρουσία της βλάβης διάβρωσης στις αεροπορικές δομές, έχει αποδειχθεί ότι συμβάλλει σημαντικά στην υποβάθμιση της δομικής τους ακεραιότητας. Ταυτόχρονα, οι χρονοβόρες και αυξημένου κόστους διεργασίες και έλεγχοι που πραγματοποιούνται για την αποφυγή ή την επιδιόρθωση της διάβρωσης δεν είναι πάντα αποδοτικές. Στην τρέχουσα βιομηχανική πρακτική, σε περιπτώσεις στατικής φόρτισης, η βλάβη διάβρωσης αντιμετωπίζεται θεωρώντας ότι έχει επέλθει μείωση της φέρουσας διατομής ίση με το βάθος της διαβρωτικής προσβολής και ακολουθεί εκ νέου υπολογισμός των τάσεων. Στις δυναμικές φορτίσεις, τα τρήμματα θεωρούνται ως πιθανά σημεία έναρξης των ρωγμών κόπωσης. Όμως, παρά την αναγνώριση της διάβρωσης ως έναν από τους μηχανισμούς που επιδρούν αρνητικά στη δομική ακεραιότητα μιας αεροπορικής δομής, ούτε και στον σχεδιασμό των αεροπορικών κατασκευών με ανοχή στη βλάβη, ο οποίος είναι ο σύγχρονος τρόπος σχεδιασμού και βασίζεται στις αρχές της θραυστομηχανικής, η βλάβη διάβρωσης λαμβάνεται υπόψη. Ως αποτέλεσμα, η επίδραση της διάβρωσης στη δομική ακεραιότητα των υλικών κάποιες φορές υποεκτιμάται. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι να συμβάλλει στην ανάπτυξη ικανοτήτων για την εκτίμηση της υποβάθμισης των μηχανικών ιδιοτήτων του διαβρωμένου υλικού με δεδομένα τα μεταλλογραφικά χαρακτηριστικά της βλάβης διάβρωσης. Στο πλαίσιο αυτό, αναπτύσσεται μια μεθοδολογία η οποία επιτρέπει την υπολογιστική προσομοίωση της συμπεριφοράς εφελκυσμού του διαβρωμένου υλικού με δεδομένα τα μεταλλογραφικά χαρακτηριστικά της βλάβης διάβρωσης. Η εργασία περιλαμβάνει ένα πειραματικό και ένα υπολογιστικό σκέλος. Το πειραματικό σκέλος περιλαμβάνει την εκτενή μεταλλογραφική μελέτη της βλάβης διάβρωσης, τη διεξαγωγή μηχανικών δοκιμών εφελκυσμού και τη μελέτη των επιφανειών θραύσης για την αναγνώριση των φυσικών μηχανισμών της βλάβης σε δοκίμια προ-διαβρωμένα για διαφορετικούς χρόνους έκθεσης στο διαβρωτικό περιβάλλον. Τα κύρια αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας συνοψίζονται ως εξής: Η βλάβη διάβρωσης συσσωρεύεται βαθμιαία και εξελίσσεται, σε συνάρτηση με τον χρόνο έκθεσης, από τρημματική σε διάβρωση αποφλοίωσης. Οι μηχανικές δοκιμές εφελκυσμού στο διαβρωμένο υλικό έδειξαν μια μέτρια υποβάθμιση των ιδιοτήτων αντοχής, αλλά ταυτόχρονα μια σημαντική πτώση των ιδιοτήτων ολκιμότητας. Η μελέτη των επιφανειών θραύσης ανέδειξε την ύπαρξη ψαθυροποιημένων περιοχών κάτω από το στρώμα διάβρωσης. Η ύπαρξη τέτοιων ψαθυροποιημένων ζωνών έχει αποδοθεί από προηγούμενες εργασίες στην προσρόφηση υδρογόνου που παράγεται κατά την διαδικασία της διάβρωσης. Το υπολογιστικό σκέλος περιλαμβάνει την ανάπτυξη μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων σε μίκρο και μάκρο-κλίμακα. Για την προσομοίωση της συμπεριφοράς εφελκυσμού του διαβρωμένου υλικού σε μίκρο-κλίμακα αναπτύχθηκε μια Αντιπροσωπευτική Μοναδιαία Κυψελίδα (Representative Unit Cell) που περιλαμβάνει τρήμματα αντιπροσωπευτικά του χρόνου έκθεσης σε διαβρωτικό περιβάλλον. Η τοπικά υποβαθμισμένη συμπεριφορά εφελκυσμού του υλικού, λόγω της ύπαρξης των τρημμάτων, προσδιορίζεται από τις αντιπροσωπευτικές μοναδιαίες κυψελίδες και εισάγεται τοπικά σε ένα μοντέλο μάκρο-κλίμακας. Το μοντέλο λαμβάνει υπόψη την διαφορετική ένταση της βλάβης διάβρωσης στις διάφορες περιοχές του δοκιμίου. Τα αποτελέσματα του μοντέλου έδειξαν ικανοποιητική σύγκλιση με τις μηχανικές δοκιμές σε ότι αφορά στις ιδιότητες αντοχής. Αντίθετα, έδειξαν υποτίμηση της πειραματικά παρατηρούμενης μείωσης των ιδιοτήτων ολκιμότητας. Η υποτίμηση αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι το μοντέλο, κα' αρχήν, δεν λαμβάνει υπόψη τους φυσικούς μηχανισμούς της ψαθυροποίησης του υλικού λόγω διάβρωσης. Η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε αποτελεί βήμα για τη σύνδεση της βλάβης διάβρωσης με τις απομένουσες μηχανικές ιδιότητες του υλικού και, επομένως, την ασφαλέστερη εκτίμηση της απομένουσας αντοχής διαβρωμένων αεροπορικών δομών. / Corrosion damage accumulation represents a major threat for the structural integrity of metallic aircraft structures and moreover has a strong effect on the load bearing capacity of aging aircraft structures. Corrosion damage is evaluated by means of metallographic features such as pitting density, depth and shape of pits, onset of exfoliation, etc. For the case of static loading, corrosion damage is usually accounted through reducing the metal thickness by the depth of corrosion attack and then calculating the corresponding stress increase. For the case of fatigue, corrosion pits are considered as possible onsets for fatigue cracks. The aim of the present PhD thesis is to contribute to establish a link between the metallographic features of corrosion damage and the degradation of the mechanical properties of a corroded material. Towards this objective, a methodology is developed which allows the numerical simulation of the tensile behavior of the corroded material based on the metallographic features of the corrosion damage. The present work is divided in two parts: a) the experimental investigation and b) the numerical analysis. The experimental part includes an extensive metallographic investigation of the occurring corrosion damage. Moreover, tensile tests were performed on the pre-corroded material which was exposed to the corrosive solution for several exposure periods. Finally, an examination of the fracture surfaces for the identification of the physical mechanisms of the damage has also been conducted. The main conclusion extracted from the metallographic procedure is that corrosion damage evolves from pitting to exfoliation progressively. The tensile tests performed on the pre corroded material revealed a moderate reduction concerning the tensile strength but a significant degradation of the tensile ductility even after short exposure periods. The examination of the fracture surfaces revealed the presence of quasi-cleavage zones beneath the depth of corrosion attack. The formation of these zones has been attributed by previous investigations to hydrogen diffusion and trapping into the corroded material during the corrosion process. The simulation procedure involves the development of a multi scale finite element model. The corrosion damage has been accounted for by introducing 3D Representative Unit Cells (RUCs) developed in the micro scale, with geometrical characteristics obtained by the metallographic analysis data of the corroded material. The degradation of the Representative Unit Cell’s mechanical properties due to the presence of the damage has been recorded. A 3D Finite Element model of a tensile specimen has been developed. This model has been used to simulate the tensile behavior of the corroded material, by including elements with degraded properties extracted from the RUC analysis. For the different exposure times RUCs with different geometrical characteristics were used so as to account for the evolving corrosion damage. The simulation results correlate well with the respective tensile behavior of the alloy obtained by the mechanical tests. As far as tensile ductility is concerned a significant deviation was observed, due to the fact that the finite element model does not account for the embrittlement of the material due to hydrogen absorption. The developed methodology represents a step towards the establishment of a link between the metallographic features of the corrosion damage and the residual mechanical properties of the material, and thus the more reliable estimation of the residual strength of the corroded aircraft structures.

Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται μια μέθοδος αντισεισμικού σχεδιασμού μεταλλικών κατασκευών με βάση τη χρήση λόγων ιδιομορφικής ιξώδους απόσβεσης. Η μέθοδος αυτή βρίσκει τη μέγιστη σεισμική απόκριση μιας κατασκευής με φασματική ανάλυση και χρήση των λόγων ιδιομορφικής ιξώδους απόσβεσης αντί του χονδροειδούς συντελεστή συμπεριφοράς. Η βασική ιδέα της μεθόδου είναι η κατασκευή μιας ισοδύναμης γραμμικής πολυβάθμιας κατασκευής η οποία να μπορεί να αναπαράξει τη σεισμική απόκριση μιας πραγματικής μη γραμμικής. Συγκεκριμένα, αυτή η ισοδύναμη γραμμική κατασκευή έχει την ίδια μάζα και αρχική δυσκαμψία με την πραγματική μη γραμμική κατασκευή και λόγους ιδιομορφικής ιξώδους απόσβεσης οι οποίοι ποσοτικοποιούν το έργο όλων των μη γραμμικών παραμορφώσεων. Αυτοί οι λόγοι ισοδύναμης ιξώδους απόσβεσης για τις πρώτες σημαντικές ιδιομορφές υπολογίζονται συναρτήσει της παραμόρφωσης και της βλάβης της κατασκευής αρχικά σχηματίζοντας επαναληπτικά μια συνάρτηση μεταφοράς στο πεδίο των συχνοτήτων, μέχρις ότου αυτή να ικανοποιήσει συγκεκριμένα κριτήρια ομαλότητας, και μετά επιλύοντας ένα σύστημα μη γραμμικών αλγεβρικών εξισώσεων. Αφού κατασκευαστούν εξισώσεις σχεδιασμού που παρέχουν τους λόγους ιδιομορφικής ιξώδους απόσβεσης, γίνεται χρήση φασμάτων σχεδιασμού τροποποιημένων για μεγάλη απόσβεση και ιδιομορφικής σύνθεσης για τον υπολογισμό των σεισμικών δυνάμεων σχεδιασμού. Μέσω των ελαστικών φασμάτων για διάφορες τιμές απόσβεσης υπολογίζεται ο ιδιομορφικός συντελεστής συμπεριφοράς ο οποίος επίσης δίνεται για τις πρώτες σημαντικές ιδιομορφές συναρτήσει της παραμόρφωσης και της βλάβης της κατασκευής. Τέλος, πραγματοποιείται ο αντισεισμικός σχεδιασμός μιας μεταλλικής πλαισιωτής κατασκευής με ελαστική φασματική ανάλυση τόσο με βάση τους λόγους της ισοδύναμης ιξώδους ιδιομορφικής απόσβεσης όσο και με βάση τους ιδιομορφικούς συντελεστές συμπεριφοράς. Και οι δυο τρόποι σχεδιασμού ελέγχονται χρησιμοποιώντας μη γραμμικές ανελαστικές δυναμικές αναλύσεις και συγκρίνονται με την συνηθισμένη μέθοδο των αντισεισμικών κανονισμών η οποία χρησιμοποιεί μια κοινή τιμή του συντελεστή συμπεριφοράς για όλες τις ιδιομορφές. Συμπεραίνεται ότι η προτεινόμενη μέθοδος αντισεισμικού σχεδιασμού οδηγεί σε ορθολογικότερα και ακριβέστερα αποτελέσματα σε σχέση με τη συνηθισμένη μέθοδο. / A rational method for seismic design of plane building frames based on the use of equivalent modal damping ratios is developed. The method determines the maximum seismic structural response through spectrum analysis using rationally obtained equivalent modal damping ratios instead of the crude strength reduction (behavior) factor. This is materialized in the second part of this work. In this first part, all theoretical aspects regarding equivalent modal damping ratios are developed and described in detail. The basic idea is the establishment of an equivalent linear multi-degree-of-freedom (MDOF) structure which can reproduce the seismic response of a MDOF geometrically and materially non – linear structure. More specifically, this equivalent linear structure retains the mass and stiffness of the original non – linear structure and takes into account geometrical non – linearity and inelasticity in the form of equivalent, time – invariant, modal damping ratios. The equivalent damping ratios for the first few significant modes are numerically computed by first iteratively forming a frequency response transfer function until it satisfies some specific smoothness criteria and then by solving a set of non – linear algebraic equations. Moreover, it is shown that these equivalent modal damping ratios can be computed in such a way so as to be deformation and damage dependent, which can lead to a better design in a direct manner. The concept of equivalent modal damping ratios developed is then employed for the seismic design of plane steel moment resisting frames. The goal is the determination of the maximum seismic structural response through spectrum analysis using rationally obtained equivalent modal damping ratios instead of the crude strength reduction factor. Therefore, design equations providing equivalent damping ratios as functions of period and allowable deformation and damage for the first few significant modes are constructed using extensive numerical data coming from a representative number of plane steel moment resisting frames excited by various seismic motions. These equations can be used in conjunction with a design spectrum, appropriately modified for high damping values, and modal synthesis tools to calculate the seismic design forces of the structure. The proposed method is illustrated by performing the seismic design of a steel moment resisting framed structure. It is concluded that unlike the usual code – based approach, which employs a single and crude strength reduction factor value for all modes, the proposed approach works with deformation and damage dependent equivalent modal damping ratios and thus leads to more accurate and deformation and damage controlled results in a direct and more rational way. Moreover, it is shown that by using equivalent modal dampiing one may define modal strength reduction factors. Thus, alternatively, maximum seismic response may be obtained by spectrum analysis and modal strength reduction factors.

Τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα είναι μια μορφή τεχνητής νοημοσύνης, τα οποία αποτελούνται από ένα σύνολο απλών, διασυνδεδεμένων και προσαρμοστικών μονάδων, οι οποίες συνιστούν ένα παράλληλο πολύπλοκο υπολογιστικό μοντέλο. Μέχρι σήμερα έχουν εφαρμοστεί επιτυχημένα σε ένα ευρύ φάσμα περιοχών για την επίλυση προβλημάτων ταξινόμησης ή πρόβλεψης, όπως η βιολογία, η ιατρική, η γεολογία, η φυσική κ.ά. Σε αυτήν την εργασία θα ασχοληθούμε με την εκπαίδευση τεχνητών νευρωνικών δικτύων ανά πρότυπο εισόδου. Αυτή η προσέγγιση θεωρείται κατεξοχήν κατάλληλη για περιπτώσεις όπου η εκπαίδευση διαθέτει σημαντικό χρόνο και απαιτεί μεγάλο αποθηκευτικό χώρο, όπως συμβαίνει συχνά όταν έχουμε μεγάλα σύνολα προτύπων ή/και δίκτυα. Μέχρι σήμερα έχουν προταθεί πολλοί αλγόριθμοι εκπαίδευσης νευρωνικών δικτύων, καλύπτοντας ο ένας τα κενά του άλλου, σχεδιασμένοι ώστε να επιλύουν τα προβλήματα που παλιότερα ήταν δύσκολο να επιλυθούν. Στόχος της εργασίας είναι η εκτενής ανάλυση και αξιολόγηση των αλγορίθμων εκπαίδευσης καθώς και η ικανότητα γενίκευσης των εκπαιδευόμενων δικτύων σε μια ποικιλία προβλημάτων από τους τομείς τις ιατρικής και της βιοπληροφορικής. Επίσης επηρεασμένοι από τη δυνατότητα για την επίτευξη καλύτερης απόδοσης θα μελετήσουμε την συμβολή των νευρωνικών δικτύων στη μηχανική μάθηση. Συγκεκριμένα θα αποτιμήσουμε τη συνεισφορά των νευρωνικών δικτύων στη δημιουργία αξιόπιστων συστημάτων αποφάσεων χρησιμοποιώντας τεχνικές συνδυασμού ταξινομητών. Τέλος, θα μελετήσουμε τις δυνατότητες συνδυασμού τους με διάφορες άλλες κατηγορίες ταξινομητών μηχανικής μάθησης για την ανάπτυξη ισχυρότερων υβριδικών συστημάτων εξαγωγής πληροφορίας. / Literature review corroborates that artificial neural networks are being successfully applied in a variety of regression and classification problems. Due of their ability to exploit the tolerance for imprecision and uncertainty in real-world problems and their robustness and parallelism, artificial neural networks have been increasingly used in many applications. It is well-known that the procedure of training a neural network is highly consistent with unconstrained optimization theory and many attempts have been made to speed up this process. In particular, various algorithms motivated from numerical optimization theory have been applied for accelerating neural network training. Moreover, commonly known heuristics approaches such as momentum or variable learning rate lead to a significant improvement. In this work we compare the performance of classical gradient descent methods and examine the effect of incorporating into them a variable learning rate and an adaptive nonmonotone strategy. We perform a large scale study on the behavior of the presented algorithms and identify their possible advantages. Additionally, we propose two modifications of two well-known second order algorithms aiming to overcome the limitations of the original methods.

Διαχρονικά, ένας από τους βασικότερους στόχους της αεροπορικής βιομηχανίας είναι η μείωση του βάρους των αεροχημάτων προκειμένου να επιτευχθεί αύξηση του οφέλιμου φορτίου και παράλληλα μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων μέσω της μείωσης εκπομπής ρύπων. Στο πλαίσιο αυτό, η αξιοποίηση ελαφρύτερων μεταλλικών υλικών, όπως είναι για παράδειγμα τα κράματα μαγνησίου, μπορεί να αποτελέσει σημαντική τεχνολογική καινοτομία. Παρολ’ αυτά, μέχρι σήμερα η χρήση των κραμάτων μαγνησίου, και ειδικότερα των ελατών προιόντων, είναι εξαιρετικά περιορισμένη κυρίως λόγω της υψηλής διαβρωτικότητάς τους και δευτερευόντως λόγω της υποδεέστερης συμπεριφοράς ανοχής σε βλάβη σε σύγκριση με τα ευρέως χρησιμοποιούμενα κράματα αλουμινίου και τιτανίου. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται μια συστηματική μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς δύο προηγμένων ελατών κραμάτων μαγνησίου της οικογένειας ΑΖ, συγκεκριμένα του ΑΖ31 και του ΑΖ61, λαμβάνοντας υπόψη τους μηχανισμούς παραμόρφωσης, συσσώρευσης βλάβης και αστοχίας που λαμβάνουν χώρα στη μικροδομή των υλικών. Ιδιαίτερη βαρύτητα δίνεται στη συμπεριφορά κόπωσης του κράματος ΑΖ31. Επιπλέον, μελετάται η επίδραση της προηγηθείσας βλάβης διάβρωσης στη μηχανική συμπεριφορά των υλικών. Για την αξιολόγηση της μηχανικής επίδοσης των εν λόγω κραμάτων πραγματοποιήθηκε εκτενής πειραματική μελέτη η οποία περιελάμβανε το χαρακτηρισμό της μικροδομής των υλικών, μηχανικές δοκιμές εφελκυσμού, κόπωσης και διάδοσης ρωγμής κόπωσης τόσο σε αδιάβρωτα όσο και σε προ-διαβρωμένα δοκίμια και ακολούθησε μεταλλογραφική ανάλυση και μελέτη των επιφανειών θραύσης των αντίστοιχων δοκιμίων των πειραματικών δοκιμών. Τα αποτελέσματα των δοκιμών εφελκυσμού έδειξαν ανισοτροπία των υλικών στις διευθύνσεις έλασης και κάθετα σε αυτήν. Από τη μεταλλογραφική ανάλυση που επακολούθησε προέκυψε ότι η παρατηρούμενη ανισοτροπία έχει αφετηρία τη γωνιακή διασπορά των πόλων των επιπέδων βάσης του κρυσταλλικού πλέγματος του υλικού. Επιπλέον, από το μεταλλογραφικό έλεγχο παρατηρήθηκε εμφανής διακύμανση της πυκνότητας των διδυμιών κατά μήκος των δοκιμίων εφελκυσμού και διαπιστώθηκε ο καθοριστικός ρόλος των διδυμιών στην πλαστική διαρροή στη διεύθυνση της έλασης. Ως προς τη συμπεριφορά κόπωσης, παρατηρήθηκε ότι οι καμπύλες S-N παρουσιάζουν μια πολύ ήπια μετάβαση από την περιοχή της ολιγοκυκλικής στην πολυκυκλική κόπωση, δηλαδή ότι η διάρκεια ζωής σε κόπωση εξαρτάται ισχυρά από μικρές μεταβολές της τάσης. Οι ρωγμές κόπωσης στο κράμα ΑΖ31 εκκινούν πρόωρα σε σημεία ασυμβατότητας πλαστικής παραμόρφωσης (π.χ. όρια των κόκκων) λόγω της αδυναμίας ενεργοποίησης των απαραίτητων 5 συστημάτων ολίσθησης που απαιτεί το κριτήριο του von Mises. Ως εκ τούτου το υλικό οδηγείται σε ψαθυρούς μηχανισμούς εκκίνησης και διάδοσης των ρωγμών κόπωσης. Για την καλύτερη κατανόηση του μηχανισμού κόπωσης του κράματος ΑΖ31 πραγματοποιήθηκαν δοκιμές νανο-διεισδύσεων σε διαφορετικά ποσοστά της διάρκειας ζωής προκειμένου να γίνει αντιληπτός ο μηχανισμός συσσώρευσης βλάβης στο αρχικό στάδιο της συνολικής διαδικασίας. Τα αποτελέσματα των εν λόγω δοκιμών έδειξαν ότι η επιφανειακή σκληρότητα του υλικού δεν παρουσιάζει ουσιαστική μεταβολή με τους κύκλους καταπόνησης μέχρι την εμφάνιση της ρωγμής. Τα στοιχεία αυτά αποτελούν μια ισχυρή ένδειξη ότι το υλικό αδυνατεί να συσσωρεύσει βλάβη υπό τη μορφή κυκλικής πλαστικότητας, με αποτέλεσμα την πρόωρη εκκίνηση των ρωγμών κόπωσης. Οι μηχανικές δοκιμές σε προ-διαβρωμένο υλικό έδειξαν, όπως ήταν αναμενόμενο, μια σημαντική υποβάθμιση της συνολικής μηχανικής συμπεριφοράς των υλικών. Η υποβάθμιση αυτή αποδίδεται στην προοδευτική ανάπτυξη των τριμμάτων διάβρωσης κάτω από εφελκυστικά φορτία. Τα τρίμματα διάβρωσης δρούν ως εγκοπές, αυξάνοντας τοπικά την τάση και παράλληλα μειώνοντας τη φέρουσα διατομή των δοκιμίων, με αποτέλεσμα το υλικό να αστοχεί χωρίς να προλάβει να δεχθεί σημαντικές πλαστικές παραμορφώσεις. Στην περίπτωση της κυκλικής φόρτισης η παρουσία των εγκοπών διάβρωσης έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία συγκέντρωσης τάσεων στα άκρα τους, διευκολύνοντας έτσι την εκκίνηση και διάδοση των ρωγμών κόπωσης. Συμπερασματικά, η παρούσα εργασία παρέχει σαφείς ενδείξεις ότι το κύριο μειονέκτημα των κραμάτων μαγνησίου για χρήση σε αεροπορικές δομές είναι η συμπεριφορά κόπωσης, η οποία αποδίδεται στην κρυσταλλική δομή του μαγνησίου, και δευτερεύον μειονέκτημα είναι η υψηλή διαβρωτικότητα αυτών των υλικών η οποία οδηγεί σε σημαντική υποβάθμιση της μηχανικής συμπεριφοράς. / Permanent objective of the aeronautical industry is the weight reduction of airframe, systems and interior components in order to increase operational capacity and reduce environmental impact via reduction of fuel consumption. In this frame, the utilization of low weight materials, like magnesium alloys, could represent a break through solution. Yet, the aeronautical application of magnesium alloys remains very limited due to the high corrosion susceptibility and the poor damage tolerance behaviour as compared to other structural alloys like aluminum and titanium. In the present work, a systematic investigation of the mechanical behaviour of two advanced rolled AZ magnesium alloys, namely AZ31 and AZ61, was conducted by taking into account the deformation mechanisms, damage accumulation mechanisms and failure mechanisms taking place in the microstructure of the materials. The present work mainly focuses on the fatigue behaviour of AZ31 alloy. Furthermore, the effect of prior corrosion damage on the mechanical behaviour has also been assessed. To accomplish the above objective a thorough experimental investigation was performed including microstructural characterization, tensile tests, constant amplitude fatigue tests and constant amplitude fatigue crack growth tests on both parent and pre-corroded specimens. The experimental results were supported by extensive metallographic and fractographic investigation. The tensile tests performed revealed anisotropy of the yield strength of the materials between rolling and transverse direction. The metallographic analysis has shown that the observed anisotropy is attributed to the near basal texture of the alloys and the angular spread of basal poles towards the rolling direction. Furthermore, the metallographic investigation indicates a clear variation in twinning density across the specimen length and the decisive role of twins in plastic deformation has been pointed out. Concerning the fatigue behaviour, it was observed that the S-N curves exhibit a very smooth transition from low to high cycle fatigue regime, indicating very high stress sensitivity on the fatigue life of the materials. Fatigue cracks in AZ31 alloy initiate in an early stage between strain incompatibility points (e.g. grain boundaries) due to difficulties in satisfying the von Mises criterion. As a result, the initiation and propagation mechanisms of the fatigue cracks are characterized as cleavage. In order to understand the fatigue mechanism of magnesium alloy AZ31 in the early stages of fatigue damage accumulation process, nano-indentation measurements at different percentages of the fatigue life of the AZ31 alloy have been performed and hardness alteration was obtained. The obtained results have shown that nano-hardness remains unchangeable with fatigue cycles until crack initiation. This has been interpreted as a lack of the material’s ability to accumulate damage in terms of cyclic plasticity at the early stages resulting in very early crack initiation. This is a major disadvantage for application where fatigue life is of primary importance. The mechanical tests on pre-corroded specimens have shown a significant degradation of the overall mechanical behaviour of the materials. Tensile properties degradation due to prior corrosion damage is attributed to the progressive notch effect of the developed pits, which increase locally the applied stress and in parallel reduce the ability of the material to accumulate large amounts of plastic deformation. In the case of cyclic loading the presence of corrosion pits results in the development of stress concentration, facilitating essentially the initiation and propagation of fatigue cracks. Concluding, the present work provides evidence that the major disadvantage of magnesium alloys for use in aeronautical structures is their fatigue behaviour, which is attributed to the hexagonal structure of magnesium, and secondarily the high corrosion susceptibility of magnesium which leads to significant degradation of the mechanical performance of the alloys.

Η ανάδειξη των Ανοιχτών Συστημάτων Υπερκειμένου Βασισμένα σε Ψηφίδες (ΑΣΥ-ΒΨ) έχει σαν στόχο την απελευθέρωση ενός πλαισίου ανάπτυξης εφαρμογών Διαδικτύου και γενικότερα Υπερμέσων από τη μονοκρατορία του μέσου πλοήγησης "σύνδεσμος" ως η αποκλειστική δομική μονάδα. Αντίθετα , ένα σύνολο από ανοιχτές υπηρεσίες, που η κάθε μία παρέχει δομικές αφαιρέσεις ανάλογα με το πεδίο του προβλήματος, προσφέρονται στο σύνολο των εφαρμογών που απαιτούνται σε κάθε περίσταση. Παρόλα αυτά, η απουσία ενός πλαισίου μηχανικής που να περιγράφει κάθε διαδικασία της ανάπτυξης ενός ΑΣΥ-ΒΨ ευθύνεται ως ένα βαθμό για τη μειωμένη αποδοχή της εν λόγω προσπάθειας. Σε αυτή την εργασία γίνεται μια προσπάθεια για την ανάλυση όλων εκείνων των βημάτων, από τη σκοπιά του μηχανικού, που απαιτούνται για την υποστήριξη αυτής της προσπάθειας, δίνοντας έμφαση στην περιγραφή της μεθοδολογίας και των εργαλείων που να καλύπτουν όλες τις φάσεις της ανάπτυξης. Στην εργασία παρουσιάζεται ένας προτεινόμενος κύκλος ζωής για τα ΑΣΥ-ΒΨ, ενώ ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη φάση του σχεδιασμού του συστήματος και στη μεταφορά των εννοιολογικών μοντέλων σε χαμηλότερα επίπεδα (λογικό), χρησιμοποιώντας συγκεκριμένα παραδείγματα. / The emergence of Component-Based Open Hypermedia Systems (CB-OHS) aims at the releasing of hypermedia and web applications from the monocracy of link as an information structuring primitive. Instead, an open set of structure servers, each one providing abstractions and semantics relevant to a specific data-organization domain, are employed by an open set of client applications. Nonetheless, the lack of an engineering framework guiding the development and deployment process of structure servers plays a key role in their limited exploitation. In this paper, an analysis of the characteristics of structure servers from an engineering approach is carried out, through a proposition of a framework and a set of supporting tools, in order to support their development. Furthermore, in this paper a life-cycle for CB-OHSs is proposed, with special focus at the system