Το θέμα της παρούσας εργασίας αφορά την αποτίμηση της απόκρισης των τοιχοπληρωμένων πλαισίων οπλισμένου σκυροδέματος, έναν τομέα που έχει απασχολήσει πληθώρα ερευνητών τις τελευταίες δεκαετίες. Παρότι έχουν προταθεί πολλές διαφορετικές λύσεις για την προσομοίωση των τοιχοπληρώσεων, δεν έχει ακόμη προκύψει ένα ενιαίο και αξιόπιστο προσομοίωμα ικανό να αναπαραστήσει με ακρίβεια τα διαφορετικά χαρακτηριστικά της απόκρισης που εμφανίζονται κατά περίπτωση. Στην παρούσα εργασία προτείνεται ένα νέο απλοποιητικό προσομοίωμα για την ανάλυση των τοιχοπληρώσεων μετά την τροποποίηση του υπάρχοντος προσομοιώματος των Crisafulli and Carr (2007) και διερευνάται η εφαρμογή και η κατάλληλη βαθμονόμηση του για την ανελαστική ανάλυση τοιχοπληρωμένων πλαισίων οπλισμένου σκυροδέματος υπό την δράση πλευρικών ανακυκλιζόμενων φορτίων. Στο προτεινόμενο προσομοίωμα συνδυάζονται μία σειρά από μέλη/ελατήρια προκειμένου να ληφθούν υπόψη ανεξάρτητα η συμπεριφορά της τοιχοπλήρωσης σε διαγώνια θλίψη και διάτμηση. Η αξιοπιστία του προσομοιώματος επαληθεύεται με διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα σε τοιχοπληρωμένα πλαίσια, επιδεικνύοντας ικανοποιητικό βαθμό συμφωνίας. Η πολυπλοκότητα των προσομοιωμάτων των τοιχοπληρώσεων έγκειται στην πληθώρα των παραμέτρων που απαιτούνται για τον ορισμό τους. Για το λόγο αυτό η αριθμητική εφαρμογή του προσομοιώματος συνοδεύεται από μία εκτεταμένη παραμετρική μελέτη που στοχεύει στην διερεύνηση της ευαισθησίας του προσομοιώματος σε κάθε μία από τις παραμέτρους που υπεισέρχονται στον ορισμό του επιτρέποντας εν τέλει την ταυτοποίηση των κρίσιμων ποσοτήτων και την καθοδήγηση του μέλλοντα χρήστη σχετικά με την επιλογή τους. / The assessment of the response of masonry infilled RC frame structures has been a major challenge over the last decades. While several modeling approaches have been proposed, none can cover all aspects observed in the tests. The present paper introduces a simplified model built on the approach established by Crisafulli and Carr (2007) and addresses its calibration and implementation in a nonlinear analysis software for the evaluation of the in-plane lateral response of infilled RC frames. The proposed model uses a set of elements/springs to account separately for the compressive and shear behavior of masonry. The efficiency of the modeling approach is validated with available experimental data, yielding satisfactory matching. The most intricate issue encountered when attempting to represent a masonry panel is the plethora of the material parameters involved and the lack of complete and available test results. Thus, the numerical investigation is accompanied by a parametric study on the sensitivity of the model to the various parameters to identify the critical modeling quantities and provide guidance on their selection.

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η ανάλυση της συμπεριφοράς αξονικά φορτιζόμενου πασσάλου, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια φέρουσας ικανότητας. Συγκεκριμένα εξετάζεται η στατική δυσκαμψία του πασσάλου για τις περιπτώσεις ομοιογενούς και ανομοιογενούς εδάφους. Για την επίλυση του προβλήματος αναπτύχθηκε απλή αναλυτική ενεργειακή μέθοδος, η οποία βασίζεται στη θεωρία Winkler και στη χρήση συνάρτησης σχήματος, η οποία περιγράφει αξιόπιστα τις μετατοπίσεις κατά μήκος του πασσάλου. Το έδαφος γύρω από τον πάσσαλο προσομοιώνεται με κατακόρυφα γραμμικά ή μη ελατήρια τύπου Winkler, τα οποία εφαρμόζονται στην παρειά του πασσάλου αλλά και στη βάση του. Με επιλογή κατάλληλης συνάρτησης σχήματος και καμπυλών «τ-w» και «Pb-wb» και μετά από επαναληπτική διαδικασία εφαρμογής της μεθόδου, επιτυγχάνεται με ικανοποιητική ακρίβεια η τιμή της δυσκαμψίας για κατακόρυφη μετακίνηση στην κεφαλή του πασσάλου. / The present thesis deals with the analysis of the axial static response of a single pile, which may lead to bearing capacity loss. Specifically, the static stiffness of the pile located both in homogeneous and in inhomogeneous soil, is studied. For the analysis a simple energy method is employed, based on Winkler theory and on use of a shape function which represents reliably the deflected shape of the pile. The soil around the pile is simulated with vertical linear or nonlinear Winkler springs, applied to the sidewall of the pile and its base. Realistic predictions can be achieved for the value of stiffness of axially loaded piles, after iterative application of the method, by using the appropriate shape functions, “ τ-w “ and “Pb-wb” curves.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται το σχεδιασμό και την κατασκευή διάταξης φόρτισης ενός ηλεκτροκινητήριου συστήματος. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Στα πλαίσια του θεσμού της πρακτικής άσκησης του τμήματος, ένα τμήμα της εργασίας αυτής εκπονήθηκε στο τεχνικό γραφείο ΛΙΑΣΚΟΣ Ο.Ε. Σκοπός είναι η κατασκευή ενός μετατροπέα πλήρους γέφυρας, που θα ελέγχει κατάλληλα μια μηχανή ξένης διέγερσης, η οποία συνδέεται μέσω ενός συστήματος μετάδοσης μ’ έναν κινητήρα με τελικό σκοπό την φόρτιση του κινητήρα με επιθυμητές ροπές για μελέτη της λειτουργικής συμπεριφοράς του. Αρχικά αναλύθηκε ένα ηλεκτροκινητήριο σύστημα και μελετήσαμε τα επιμέρους τμήματα που το αποτελούν. Παρουσιάζονται διάφορα είδη φορτίων με τις αντίστοιχες χαρακτηριστικές ροπής-στροφών καθώς και εφαρμογές που χρησιμοποιούνται. Επίσης αναλύθηκε συνοπτικά η μηχανή συνεχούς ρεύματος. Στη συνέχεια αναλύθηκε ο μετατροπέας πλήρους γέφυρας, οι τρόποι λειτουργίας του, με τους οποίους μπορεί να ελέγξει τη μηχανή συνεχούς ρεύματος ώστε να λειτουργεί στα τέσσερα τεταρτημόρια, ενώ ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε στην ανάλυση των μεθόδων κατάλληλης παλμοδότησης των διακοπτικών στοιχείων. Στο επόμενο βήμα πραγματοποιήθηκε η προσομοίωση τόσο των επιμέρους συστημάτων όσο και του ολικού συστήματος, με σκοπό να εξακριβωθεί η ορθή λειτουργία του πριν την κατασκευή. Οι προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν με την βοήθεια του λογισμικού Simulink του Matlab . Τέλος κατασκευάζεται η πειραματική διάταξη για να ληφθούν τα πειραματικά αποτελέσματα και να συγκριθούν με τα θεωρητικά, ώστε να εντοπιστούν και να δικαιολογηθούν τυχόν διαφορές μεταξύ της θεωρητικής ανάλυσης και των μετρήσεων στην πραγματική διάταξη, καθώς και για να εκτιμηθεί η απόδοση του συστήματος. / This thesis deals with the design and construction of a torque simulator device for an electrcic drive system. The thesis was conducted in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, Department of Electrical and Computer Engineering of the University of Patras. The aim is to build a full-bridge converter, which will properly control a separately fed dc-machine, which is connected via a transmission system with a motor. The final goal is to load the engine with the desirable torque, in order to study it’s functional behavior. Initially we analyzed an electric drive system and studied the individual parts that make it up. We presented various kinds of loads with their corresponding torque-speed characteristic and applications in which they are used. We also analyzed, succinctly, the functional behavior of a DC machine. Then we analyzed the full-bridge inverter and it’s modes of operation, through which the DC machine can be controlled and operate in all four quadrants. Afterwards, methods for the proper pulse-control strategy of switching elements were studied. The next step was the simulation of both, subsystems as long as the overall system, in order to check the proper operation before construction. The simulations were performed using the software Simulink of Matlab. Finally the experimental setup was constructed, in order to obtain the experimental results and to compare them with the theoretical, to identify and justify any differences between the theoretical analysis and measurements on the real device, and to evaluate the system performance.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται το σχεδιασμό και την κατασκευή ενός μετατροπέα ανόρθωσης και υποβιβασμού τάσης, με διόρθωση του συντελεστή ισχύος. Η χρήση αυτού του μετατροπέα προορίζεται για τη φόρτιση των μπαταριών ενός ηλεκτροκίνητου οχήματος. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Κύριος σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή μιας τριφασικής ανορθωτικής διάταξης υποβιβασμού τάσης η οποία θα πληρεί τις προδιαγραφές περί αρμονικών που θεσπίζονται από τους διεθνείς κανονισμούς. Η δυνατότητα λειτουργίας υπό μοναδιαίο συντελεστή ισχύος πηγάζει από τη μεθοδολογία ελέγχου του μετατροπέα ο οποίος παράλληλα θα πρέπει να επιτελεί το έργο ενός φορτιστή μπαταριών προσφέροντας τη δυνατότητα ελέγχου του ρεύματος και της τάσης εξόδου και προσαρμόζοντας τη λειτουργία του στο εκάστοτε προφίλ φόρτισης των μπαταριών τις οποίες διαχειρίζεται. Αρχικά αναλύεται η σημασία της διόρθωσης του συντελεστή ισχύος στα σύγχρονα ηλεκτρικά συστήματα και παρουσιάζονται τόσο μεθοδολογίες ελέγχου όσο και ανορθωτικές διατάξεις για λειτουργία υπό μοναδιαίο συντελεστή ισχύος. Στη συνέχεια γίνεται μια σύντομη αναφορά στις μπαταρίες ως μέσο αποθήκευσης ενέργειας, παρουσιάζονται μέθοδοι και διατάξεις φόρτισης συσσωρευτών ενώ παράλληλα αναλύονται θέματα που αφορούν την ταχύτητα φόρτισης και την διάρκεια ζωής των μπαταριών με τελικό στάδιο την παρουσίαση των μπαταριών του ηλεκτροκίνητου οχήματος του εργαστηρίου και την επιλογή του κατάλληλου προφίλ φόρτισής με βάση τα τεχνικά χαρακτηριστικά και τις προδιαγραφές τους από τον κατασκευαστή. Το επόμενο βήμα είναι η παρουσίαση του τριφασικού μετατροπέα, που θα υλοποιεί το προφίλ φόρτισης που έχει επιλεγεί, αλλά και της μεθοδολογίας ελέγχου για επίτευξη ημιτονοειδούς ρεύματος εισόδου. Τόσο ο ηλεκτρονικός μετατροπέας ισχύος ως φορτιστής μπαταριών όσο και το κύκλωμα ελέγχου κλειστού βρόχου προσομοιώνονται στο λογισμικό Simulink του Matlab. Επίσης περιγράφονται η ανάλυση, ο σχεδιασμός και η κατασκευή όλων των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών κυκλωμάτων που απαιτούνται για την ορθή λειτουργία του μετατροπέα και παρουσιάζεται η λογική λειτουργίας του μικροϋπολογιστικού συστήματος που συντονίζει τον έλεγχο. Τέλος πραγματοποιούνται οι πειραματικές δοκιμές προκειμένου να διαπιστωθεί η ορθή λειτουργία του συνολικού συστήματος που κατασκευάστηκε αλλά και για να διαπιστωθούν τυχούσες αποκλίσεις μεταξύ θεωρίας και πράξης. / This diploma thesis deals with the design and construction of a buck type, unity power factor rectifier intended for electric vehicle battery charging. The work was conducted in the Electromechanical Energy Conversion Laboratory, placed at the Department of Electrical and Computer Engineering of the University of Patras. The main purpose of this thesis is to construct a three-phase buck-type rectifier which meets with the requirements for low input current harmonics established by international regulations. The ability to operate under unity power factor derives from the control method of the converter. The converter will be also performing the task of a battery charger. Therefore, the overall system should be able to provide control of the output voltage and current and adjust its operation to the charging profile and the type of the battery used. Initially, the significance of power factor correction in modern electrical systems is mentioned and control methods as well as the most commonly used rectifiers for unity power factor operation are presented. Then, a brief reference to the batteries as energy storage means is made and charging methods and devices are presented. Certain issues related to charging speed and battery life are approached. The final stage is the presentation of the batteries installed in the electric vehicle of the Laboratory and the selection of the appropriate charging profile based on the technical specifications of the manufacturer. The next step is the presentation of the three-phase rectifier which realizes the selected charging profile and the control method in order to achieve sinusoidal input currents .Both the electronic power converter as a battery charger and the closed-loop control circuit are simulated using Simulink of Matlab .The analysis, design and the construction of all electrical and electronic circuits required for the proper operation of the converter is described and the programming logic of the microcontroller that coordinates the control is presented. Finally, experimental tests are performed in order to check the proper functioning of the overall constructed system and detect any deviations between theory and practice.

Οι τελευταίες εξελίξεις στα πεδία της ασύρματης μετάδοσης ενέργειας και των υλικών μπαταρίας προσφέρουν καινούριες δυνατότητες για τη διαχείριση της διαθέσιμης ενέργειας στα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων. Στο πρώτο πεδίο, έχει αποδειχθεί ότι, μέσω ισχυρά συζευγμένων μαγνητικών συντονισμών, η αποδοτικότητα μεταφοράς 60 watts ισχύος σε απόσταση δύο μέτρων φτάνει το 40% και σε απόσταση ενός μέτρου φτάνει το 75%. Επίσης, εμπορικά προϊόντα που κάνουν χρήση αυτής της τεχνολογίας, ήδη κυκλοφορούν στην αγορά. Στο δεύτερο πεδίο, πραγματοποιήθηκε πρόσφατα άκρως ταχεία φόρτιση με μπαταρίες LiFePO4, επιτρέποντας πλήρη φόρτιση σε μερικά μόνο δευτερόλεπτα. Αυτές οι τεχνολογικές εξελίξεις ανοίγουν το δρόμο προς ένα νέο παράδειγμα για τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων, τα Ασύρματα Επαναφορτιζόμενα Δίκτυα Αισθητήρων, τα οποία αποτελούνται από κόμβους αίσθησης (στάσιμους ή κινητούς) και έναν ή περισσότερους κινητούς κόμβους με υψηλό απόθεμα ενέργειας. Οι τελευταίοι, χρησιμοποιώντας τις προαναφερθείσες τεχνολογίες, επιτυγχάνουν γρήγορη ασύρματη φόρτιση των κόμβων αίσθησης. Με αυτόν τον τρόπο, μας δίνεται η δυνατότητα διαχείρισης του πολύ περιορισμένου πόρου της ενέργειας στο δίκτυο, με περισσότερη λεπτομέρεια και αποδοτικότητα. Σημαντικό είναι το γεγονός ότι, από την προοπτική των κόμβων αίσθησης, η διαχείριση της ενέργειας μπορεί να πραγματοποιηθεί παθητικά και χωρίς την υπολογιστική και επικοινωνιακή επιβάρυνση που εισάγουν σύνθετοι αλγόριθμοι διαχείρισης ενέργειας. Επίσης, η διαδικασία φόρτισης μπορεί να πραγματοποιηθεί με πρωτόκολλα τα οποία μελετώνται και σχεδιάζονται ανεξάρτητα από το υποκείμενο πρωτόκολλο δρομολόγησης που χρησιμοποιείται για την μετάδοση των δεδομένων. Το πρόβλημα. Έστω ένα Ασύρματα Επαναφορτιζόμενο Δίκτυο Αισθητήρων στο οποίο οι κόμβοι αίσθησης μεταδίδουν δεδομένα σε ένα κέντρο ελέγχου χρησιμοποιώντας ένα πρωτόκολλο δρομολόγησης και ο κινητός κόμβος φόρτισης, με απόθεμα ενέργειας σημαντικά μεγαλύτερο από έναν κόμβο αίσθησης, είναι ικανός να αναπληρώνει ασύρματα την ενέργεια των κόμβων αίσθησης. Το πρόβλημα που εξετάζουμε είναι η εύρεση της καλύτερης διαμόρφωσης του κινητού κόμβου φόρτισης, με σκοπό τη βελτίωση της ενεργειακής αποδοτικότητας του δικτύου και της παράτασης της διάρκειας ζωής των κόμβων. Η συνεισφορά μας. Αν και έχουν γίνει ήδη σημαντικές ερευνητικές προσπάθειες για την ενεργειακά αποδοτική δρομολόγηση του κινητού κόμβου αίσθησης, οι περισσότερες προτεινόμενες λύσεις στη βιβλιογραφία μέχρι στιγμής υποθέτουν ολική γνώση επάνω στο δίκτυο. Αντιθέτως, οι λύσεις που παρέχουμε είναι πλήρως κατανεμημένες και προσαρμοστικές, και βασίζονται σε τοπική δικτυακή πληροφορία. Επίσης, τα πρωτόκολλά μας για τον κινητό κόμβο αίσθησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό με κάθε πρωτόκολλο δρομολόγησης και προσαρμόζονται στην κατανομή των κόμβων αίσθησης στο επίπεδο. Τέλος αναγνωρίζουμε και σχεδιάζουμε σημαντικές παραμέτρους της διαδικασίας φόρτισης, όπως i) το ποσό της συνολικής αρχικής ενέργειας του δικτύου που δεσμεύει ο κινητός κόμβος φόρτισης, ii) το επίπεδο στο οποίο πρέπει να αναπληρώνεται η ενέργεια του κάθε κόμβου αίσθησης, iii) ποιες τροχιές πρέπει να ακολουθεί ο κινητός κόμβος φόρτισης ώστε να φορτίσει τους κόμβους αίσθησης. / Recent advances in the fields of wireless energy transmission and batteries material offer new possibilities for managing the available energy in WSNs. In the first field, the technology of highly efficient wireless energy transmission was proposed for efficient, non-radiative energy transmission over mid-range. It has been shown that through strongly coupled magnetic resonances, the efficiency of transferring 60 watts of power over a distance in excess of 2 meters is as high as 40%. Industry research also demonstrated that it is possible to improve transferring 60 watts of power over a distance of up to one meter with efficiency of 75%. At present, commercial products utilizing wireless energy transmission have been available on the market. In the second field, ultra-fast charging was recently realized in LiFePO4 by creating a fast ion-conducting surface phase through controlled off-stoichiometry. These technologies lead the way towards a new paradigm for wireless sensor networks; the Wireless Rechargeable Sensor Networks (WRSNs), which consist of sensor nodes that may be either stationary or mobile, as well as few mobile nodes with high energy supplies. The latter, by using wireless energy transmission technologies are capable of fast charging sensor nodes. This way, the highly constrained resource of energy can be managed in great detail and more efficiently. Another important aspect is the fact that energy management in WRSNs can be performed passively from the perspective of sensor nodes and without the computational and communicational overhead introduced by complex energy management algorithms. Finally, WRSNs allow energy management to be studied and designed independently of the underlying routing protocol used for data propagation. The Problem. Let a Wireless Rechargeable Sensor Network consisting of a set of stationary sensor nodes and a special mobile node called Mobile Charger. The sensor nodes are deployed uniformly at random over a network area and propagate data to a Sink using a routing protocol. The Mobile Charger has finite energy supplies, that are significantly greater than those of a single sensor node, and is capable of charging the sensors. The problem we study is identifying best possible configuration of the Mobile Charger in order to improve energy efficiency and to prolong the lifetime of the network. Our Contribution. While considerable research efforts have been invested into energy efficient scheduling of the Mobile Charger, proposed solutions in the literature so far require a global knowledge of the state of the network. On the contrary, the solutions proposed in this work are fully distributed and adaptive, and rely solely on local information. Furthermore, our proposed algorithm for the Mobile Charger can be used in combination with any underlying routing protocol and adapts on the distribution of sensors in the network area. We identify and investigate the following trade-offs: i) how the total available energy of the network should be split between sensor nodes and the Mobile Charger ii) given that the energy the charger may deliver to the nodes is finite, whether each sensor will be fully or partially charged and iii) what is the trajectory the Mobile Charger should follow in order to charge the sensor nodes.

Αντικείμενο του παρόντος άρθρου αποτελεί η ανάλυση της συμπεριφοράς πασσάλου, υπό αξονική φόρτιση μεγάλου εύρους, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια φέρουσας ικανότητας. Συγκεκριμένα, εξετάζεται ο συντελεστής στατικής δυσκαμψίας μεμονωμένου κατακόρυφου πασσάλου εμπεδωμένου σε ομοιογενές ή πολυστρωματικό έδαφος τυχαίας γεωμετρίας και μηχανικών ιδιοτήτων. Για την επίλυση του προβλήματος αναπτύσσεται αναλυτική λύση κλειστού τύπου βασισμένη στη θεωρία Winkler. Στο εν λόγω μοντέλο η προσομοίωση της μηχανικής συμπεριφοράς του εδάφους γίνεται μέσω μή-γραμμικών ελατηρίων “t-z” τοποθετημένων κατά μήκος του άξονα και στη βάση του πασσάλου, σε συνδυασμό με συναρτήσεις σχήματος, οι οποίες περιγράφουν αξιόπιστα την μεταβολή της κατακόρυφης μετακίνηση του πασσάλου με το βάθος. Με επιλογή κατάλληλης συνάρτησης σχήματος και καμπυλών “t-z”, και μετά από επαναληπτική διαδικασία εφαρμογής, επιτυγχάνεται ικανοποιητική ακρίβεια στην τιμή της δυσκαμψίας για κατακόρυφη μετακίνηση στην κεφαλή του πασσάλου. Σε αντίθεση με τις κλασικές αριθμητικές λύσεις, η προτεινόμενη μέθοδος δεν απαιτεί διακριτοποίηση του πασσάλου σε πεπερασμένα στοιχεία (και στη συνέχεια επίλυση ενός συστήματος γραμμικών εξισώσεων μεγάλης τάξης), παρά μόνο σε "κελιά" με στόχο την ολοκλήρωση με το βάθος. Έτσι, τα παραγόμενα αποτελέσματα είναι διαχείρισιμα ακόμα και μέσω απλού φύλλου εργασίας σε Excel ή και υπολογιστή τσέπης. Η μέθοδος προγραμματίστηκε σε περιβάλλον Visual Basic 2010, κυρίως λόγω της δυνατότητας γραφικής παρουσίασης των αποτελεσμάτων και τη σύγκρισή τους με αντίστοιχα αποτελέσματα από άλλες μεθόδους. Τα αποτελέσματα κρίνονται ως ιδιαίτερα ενθαρρυντικά, καθώς συγκλίνουν ικανοποιητικά σε αυτά αυστηρότερων μεθόδων, χωρίς ανάγκη περίπλοκης αριθμητικής ανάλυσης η οποία να ξεφεύγει από τις γνώσεις και δυνατότητες του Γεωτεχνικού Μηχανικού. / In the present work the behavior of a pile submitted to large range lateral loading is analyzed, which may lead to failure of both the surrounding soil and the pile itself either at the head or in depth. Namely, we examine the static stiffness coefficients for displacement and rotation of a flexible pile, vertically embedded in a homogeneous or multilayer soil of random geometry and mechanical properties. To solve the problem, a simple analytical method is developed, based on Euler–Bernoulli classic beam model, incremented with non linear Winkler Springs. The non-linear behaviour of the pile is described in a cross-sectional plane through moment-curvature diagram. The model is used in combination with the principle of work and suitable shape functions, which describe reliably the elastic line of the pile when the lateral load is gradually increasing. By iterative implementation of the method, realistic predictions are achieved in the stiffness coefficients in swaying, rocking and cross-swaying-rocking. The number of iterations is relatively small if the stress level of the system is not significantly increased compared with the previous load step. Unlike classic numerical solutions, the proposed method does not require discretization of the pile into finite elements (resulting to solve a system of linear equations), but only in "cells", to integrate with depth. In this way, results can be generated throughout a simple worksheet or even a calculator. The method was implemented in a Visual Basic 2010 environment, mainly for reasons of graphical presentation and comparison of the results to other coming from relevant methods. The results of the aforementioned method are considered satisfactory, as they converge fairly well with those coming from more rigorous methods based on complicated numerical analyses. The results of the herein proposed method are also compared to experimental in situ results relatively successfully.

A probabilistic methodology for the reliability analysis of composite rotor blades at the ply level was developed. The proposed methodology involves (i) the quantification of the uncertainties (physical, statistical and model) related to the material properties and the extreme aero-elastic loads based on experimental data as well as on 10 min load simulations respectively, (ii) the identification of the critical failure modes of the composite structure in terms of limit state functions and (iii) the selection of an appropriate reliability method to perform the analysis. It is pointed out that the reliability method should be able to handle the considerably large number of limit state function introduced by the ply level reliability approach and estimate the failure probability of the structure. To efficiently deal with the problem, an appropriate implementation of the Response Surface Method combined with crude Monte Carlo simulation was proposed. The methodology was implemented for two real rotor blade designs, namely a 30m Glass/Polyester and the 65m UPWIND reference rotor baled. Initially, calculations were performed for the first case study using a 3D shell FE formulation in a commercial probabilistic code. An efficient procedure was introduced to define the stochastic character of the concentrated loads acting on the 3D FE model starting from load time series of sectional stress resultants from aero-elastic beam simulations. For the first time such a detailed model was analyzed and assessed in a probabilistic base. Nevertheless, a considerable CPU time was in need for the performance of such a reliability analysis. The development of an efficient probabilistic tool capable to perform consecutive reliability analyses at the ply level of the composite rotor blade structure and prove valuable for the probabilistic design was carried out. To demonstrate the efficiency of the developed tool, the impact of various probabilistic modelling assumptions directly on the β-index value of a rotor blade design was studied. / Στην παρούσα διατριβή αναπτύχθηκε στοχαστική μεθοδολογία για την αποτίμηση αξιοπιστίας πτερυγίων ανεμογεννητριών από σύνθετα υλικά, στο επίπεδο της στρώσης, υπό ακραία στατική φόρτιση. Η προτεινόμενη μεθοδολογία περιλαμβάνει (i) την ποσοτικοποίηση αβεβαιοτήτων (φυσική, στατιστική και αβεβαιότητα μοντέλου) που σχετίζονται με τις βασικές παραμέτρους του πτερυγίου (υλικά και φορτία) στηριζόμενη σε ένα μεγάλο αριθμό πειραμάτων για τον προσδιορισμό των μηχανικών ιδιοτήτων του συνθέτου υλικού καθώς και 10-λεπτες αεροελαστικές χρονοσειρές για την ακραία στατική φόρτιση (ii) την αναγνώριση όλων των σημαντικών μηχανισμών αστοχίας της κατασκευής και την έκφρασή τους στη μορφή οριακών συναρτήσεων αστοχίας και (iii) την επιλογή μίας κατάλληλης μεθόδου αξιοπιστίας. Σημειώνεται ότι η μέθοδος αξιοπιστίας θα πρέπει να είναι ικανή να διαχειρίζεται ένα πολύ μεγάλο αριθμό οριακών συναρτήσεων αστοχίας όπως επιβάλει η ανάλυση αξιοπιστίας στο επίπεδο της στρώσης της κατασκευής. Για το σκοπό αυτό προτάθηκε μια κατάλληλη τροποποίηση της Response Surface Method τεχνικής η οποία συνδυάστηκε με την μέθοδο προσομοίωσης crude Monte Carlo. Η προτεινόμενη στοχαστική μεθοδολογία εφαρμόστηκε για την περίπτωση δυο πραγματικών πτερυγίων: ενός 30 m Glass/Polyester και του 65 m Glass/Epoxy (UPWIND) πτερυγίου. Η ανάλυση αρχικά πραγματοποιήθηκε σε γενικού σκοπού στοχαστικά εργαλεία κάνοντας χρήση τρισδιάστατου μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων. Σημειώνεται ότι ο υπολογισμός των φορτίων από αεροελαστικούς κώδικες υλοποιείται πάντα στη βάση στοιχείων δοκού. Προτάθηκε επομένως διαδικασία για την στοχαστική αναπαράσταση των συγκεντρωμένων δυνάμεων που επιβάλλονται στο τρισδιάστατο μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων του πτερυγίου στηριζόμενη σε χρονοσειρές εσωτερικών αντιδράσεων στη διατομή όπως εξάγονται από αεροελαστικους υπολογισμούς. Για πρώτη φορά σε αυτή την εργασία, πραγματοποιήθηκε η στοχαστική ανάλυση ενός τόσο λεπτομερειακού μοντέλου. Ωστόσο η παραπάνω προσέγγιση αποδείχτηκε αρκετά χρονοβόρα. Για το σκοπό αυτό αναπτύχθηκε υπολογιστικό εργαλείο ικανό να εκτελεί ένα μεγάλο αριθμό επαναλήψεων της προαναφερθείσας μεθοδολογίας και να φανεί χρήσιμο στο σχεδιασμό πτερυγίων με προκαθορισμένο επίπεδο αξιοπιστίας. Εξαιτίας της απλότητας της προετοιμασίας των δεδομένων εισόδου και της ταχύτητας επίλυσης, το νέο εργαλείο έδωσε τη δυνατότητα για τη μελέτη διαφόρων στατιστικών υποθέσεων που αφορούσαν τη δομική αξιοπιστία του πτερυγίου εξετάζοντας απευθείας τον δείκτη αξιοπιστίας β της κατασκευής.