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 . / -

Τα τελευταία χρόνια υπάρχει εκτεταμένη πειραματική και θεωρητική μελέτη στην περιοχή των νανοσωματιδίων διότι βρίσκουν εφαρμογές σαν μέσα μαγνητικής εγγραφής και αποθήκευσης πληροφοριών και πιο πρόσφατα στην ιατρική. Στόχος των ερευνών είναι να κατασκευαστούν όσο το δυνατό μικρότερα σε μέγεθος νανοσωματίδια, στα οποία όμως οι μαγνητικές ιδιότητες να είναι σταθερές σε θερμοκρασία δωματίου, δηλαδή με μεγάλη ανισοτροπία. Τα σύνθετα νανοσωματίδια με μορφολογία σιδηρομαγνητικού πυρήνα/αντισιδηρομαγνητικού φλοιού εμφανίζουν μία επιπλέον ανισοτροπία την ανισοτροπία ανταλλαγής η οποία τα καθιστά θερμικά σταθερά σε μικρό μέγεθος. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε η τεχνική Μetropolis Monte Carlo για την μελέτη της μαγνητικής συμπεριφοράς νανοσωματιδίων με μορφολογία πυρήνα/φλοιού τα οποία εμφανίζουν την ανισοτροπία ανταλλαγής. Η τεχνική αυτή έχει το πλεονέκτημα ότι μπορεί να περιλάβει στους υπολογισμούς τις λεπτομέρειες της μικροδομής του συστήματος και την θερμοκρασία. Στόχος της εργασίας μας ήταν με την ανάπτυξη κατάλληλου θεωρητικού μοντέλου να μελετηθεί ο μηχανισμός που προκαλεί την εμφάνιση της ανισοτροπίας ανταλλαγής και οι παράγοντες που επηρεάζουν τόσο την εμφάνιση της όσο και την ισχύ της. Βρήκαμε ότι η ανισοτροπία ανταλλαγής η οποία επάγεται από την αλληλεπίδραση ανταλλαγής κατά μήκος της σιδηρομαγνητική/αντισιδηρομαγνητική διεπιφάνειας οφείλεται στην ύπαρξη μη αντισταθμισμένων μαγνητικών ροπών στην διεπιφάνεια μεταξύ σιδηρομαγνητικού πυρήνα του νανοσωματιδίου και αντισιδηρομαγνητικού φλοιού και οι παράγοντες που επηρεάζουν το μέγεθος της είναι α)το πάχος του φλοιού, έχουμε εμφάνιση της μετά το δεύτερο στρώμα αντισιδηρομαγνητικού φλοιού β)το μέγεθος της σταθεράς ανταλλαγής στην διεπιφάνεια και λιγότερο στον φλοιό που ενισχύουν το φαινόμενο, γ)το και το είδος της ανισοτροπίας στον φλοιό, είναι πιο έντονη για ανισοτροπία z-άξονα στο φλοιό και δ)από το μέγεθος της ανισοτροπίας της διεπιφάνειας. Ένα άλλο φαινόμενο που συνδέεται με την εμφάνιση της ανισοτροπίας ανταλλαγής είναι η κάθετη μετατόπιση. Δηλαδή η ασσυμετρία του βρόχου υστέρησης των σύνθετων νανοσωματιδίων με μορφολογία πυρήνα φλοιού στον κάθετο άξονα της μαγνήτισης. Οι υπολογισμοί μας έδειξαν ότι σε αντίθεση με την ανισοτροπία ανταλλαγής η κάθετη μετατόπιση οφείλεται στην ύπαρξη του συνολικού αριθμού των μη αντισταθμισμένων μαγνητικών ροπών του φλοιού και όχι μόνο της διεπιφάνειας. Οι υπολογισμοί μας συγκρίθηκαν με πρόσφατα πειραματικά αποτελέσματα, και βρέθηκαν σε πολύ καλή συμφωνία. Επιβεβαιώνοντας ότι οι ανταγωνιστικές αλληλεπιδράσεις που οφείλονται στην ύπαρξη ανταγωνιστικών αλληλεπιδράσεων ανταλλαγής σε σύνθετα νανοσωματίδια με μορφολογία σιδηρομαγνητικού πυρήνα/αντισιδηρομαγνητικού φλοιού είναι υπεύθυνες για τη μεταβολή των μαγνητικών τους ιδιοτήτων σε σχέση με αυτές των σιδηρομαγνητικών νανοσωματιδίων. / The magnetic properties of nanoparticles have been subject of continuously growing interest, driven by fundamental research and technological interest especially in the magnetic recording industry and more recently in medicine. The small size of the nanoparticles and the reduced symmetry at their surface result in high coercivity. More recently, the requirement for stable magnetic behavior of the nanoparticles at room temperature led to the development of complex spin nanostructures with core/shell morphology that results to enhanced magnetic anisotropy. Composite nanoparticles with ferromagnetic core/ antiferromagnetic shell morphology have an extra anisotropy, the exchange anisotropy which makes them thermally stable in room temperature even in the case of very small size. In the current work we use the Metropolis Monte Carlo method to study the magnetic behaviour of nanoparticles with core/shell morphology which exhibit exchange anisotropy. The advantages of this method is that the microstructure of the nanoparticles is explicitly included and the temperature. The main goal of this thesis was to develop an appropriate theoretical model for the study of the origin of the exchange anisotropy and the parameters which affect its appearance and its magnitude. We find that the exchange anisotropy which is induced by the exchange interaction between ferromagnetic core and antiferromagnetic shell in the interface can is due to the existence of uncompensated bonds along the interface. The size of the exchange anisotropy depends on a) the shell thickness, at least two antiferromagnetic shell layers are necessary for the appearance of the effect, b) the magnitude of exchange interaction at the interface and at the shell influence the strength of the exchange anisotropy also c) the type of anisotropy in the antiferromagnetic shell, it is bigger for z-axis shell anisotropy and d) the magnitude of anisotropy at the interface. Another phenomenon which is related with exchange anisotropy is the vertical shift i.e. the asymmetry of the hysterisis loop on the vertical axis. Our calculations show that this shift depends on the total number of the uncompensated spins in the antiferromagnetic shell and not only from the interface. Our calculations are in good agreement with recent experimental results. This confirms that exchange interaction between ferromagnetic core and antiferromagnetic shell is responsible for the exchange anisotropy effect in these composite nanoparticles with ferromagnetic core/antiferromagnetic shell morphology that results to magnetic behaviour different from that of pure ferromagnetic nanoparticles.

Την 8η Ιουνίου 2008, στις 15:25 τοπική ώρα (12:25 GMT) ένας σεισμός μεγέθους Mw 6.4 εκδηλώθηκε στη ΒΔ Πελοπόννησο, στη Δυτική Ελλάδα. Το επίκεντρο προσδιορίστηκε κοντά στο χωριό Μιχόι, στη Δημοτική Ενότητα Μόβρης, περίπου 35 km ΝΔ της Πάτρας. Στην παρούσα εργασία, έγινε μία μελέτη ανισοτροπίας στην επικεντρική περιοχή του σεισμού της 8ης Ιουνίου. Συγκεκριμένα, έγινε μία μελέτη για την ανίχνευση του φαινομένου διαχωρισμού των εγκαρσίων κυμάτων και της εξέλιξής του σε σχέση με την εκδήλωση του σεισμού της 8ης Ιουνίου. Χρησιμοποιήθηκαν οι καταγραφές από τον σεισμολογικό σταθμό του Ριόλου (RLS), καθώς είναι ο μόνος κοντινός σταθμός στο επίκεντρο του σεισμού της 8ης Ιουνίου που βρισκόταν σε συνεχή λειτουργία κατά τα χρονικά διαστήματα πριν και μετά την εκδήλωση του σεισμού. Για τη μελέτη του φαινομένου του διαχωρισμού των εγκαρσίων κυμάτων χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος cross-correlation (Ando et al., 1983; Fukao, 1984). Μετά την επεξεργασία των δεδομένων, προσδιορίστηκαν οι παράμετροι του φαινομένου, φ (διεύθυνση ταλάντωσης της ταχύτερης συνιστώσας των εγκαρσίων κυμάτων) και dt (χρόνος καθυστέρησης μεταξύ των δύο συνιστωσών) για κάθε ένα σεισμικό γεγονός. Ο διαχωρισμός των εγκαρσίων κυμάτων (shear-wave splitting) είναι ένα φαινόμενο κατά το οποίο, τα εγκάρσια κύματα διαχωρίζονται σε δύο συνιστώσες, με διαφορετικές διευθύνσεις πόλωσης και διαφορετικές ταχύτητες διάδοσης. Ο διαχωρισμός αυτός πραγματοποιείται κατά την διάδοση των εγκαρσίων κυμάτων μέσα από ένα ανισοτροπικό μέσο (Crampin and Chastin, 2003; Crampin and Peacock, 2005). Σύμφωνα με τη θεωρία, ο διαχωρισμός των εγκαρσίων κυμάτων στον φλοιό, προκαλείται εξαιτίας της ύπαρξης μικρο-ρωγμών, μικρο-διαρρήξεων κορεσμένων με ρευστά. Οι μικρο-διαρήξεις αυτές έχουν συνήθως διευθύνσεις παράλληλες ή υπό-παράλληλες με αυτή της μέγιστης οριζόντιας συμπιεστικής τάσης σε μία περιοχή (Crampin, 1993). Η ανάλυση των δεδομένων κατέδειξε την ύπαρξη του φαινομένου διαχωρισμού των εγκαρσίων κυμάτων στην υπό μελέτη περιοχή. Τόσο πριν, όσο και μετά την εκδήλωση του σεισμού της 8ης Ιουνίου, οι διευθύνσεις πόλωσης της ταχύτερης συνιστώσας των εγκαρσίων κυμάτων ακολουθούν μία μέση διεύθυνση ΒΒΔ-ΝΝΑ. Η μέση διεύθυνση της ταχύτερης συνιστώσας δεν είναι σύμφωνη με τα χαρακτηριστικά του πεδίου των τάσεων στην περιοχή, όπως προσδιορίστηκαν από τους Konstantinou et al. (2011) και Hollenstein et al. (2008), με μία μέση διεύθυνση οριζόντιας συμπιεστικής τάσης Α-Δ. Η ΒΒΔ-ΝΝΑ διεύθυνση πόλωσης της ταχύτερης συνιστώσας οφείλεται πιθανόν στη δράση ενός πεδίου τάσεων γύρω και κάτω από τη θέση καταγραφής με τοπικά χαρακτηριστικά. Τέλος, παρατηρήθηκε μία αύξηση στις τιμές των χρόνων καθυστέρησης μετά την εκδήλωση του σεισμού της 8ης Ιουνίου. Η μέση τιμή των χρόνων καθυστέρησης πριν την εκδήλωση του σεισμού ήταν περίπου 27.3 ms, ενώ μετά την εκδήλωσή του 41.7 ms. H αύξηση των χρόνων καθυστέρησης, υποδηλώνει μία μεταβολή των ιδιοτήτων του μέσου στον ανώτερο φλοιό εξαιτίας της εκδήλωσης του σεισμού. Η εκδήλωση του σεισμού της 8ης Ιουνίου προκάλεσε πιθανόν την διεύρυνση και την επιμήκυνση των προϋπαρχόντων μικρο-διαρρήξεων του φλοιού, τη δημιουργία νέων και την επιπλέον πλήρωσή τους με ρευστά. / On June 8, 2008, at 15:25 local time (12:25 GMT) an Mw 6.4 earthquake occurred in the area of northwest Peloponnesus, Western Greece. The epicenter was located near Mihoi village, in the municipality of Movri, about 35 km southwest of Patras. In this paper, a crustal anisotropy analysis was performed in the epicentral area of Movri Mountain earthquake. Specifically, there was a study to detect shear-wave splitting phenomenon and its temporal evolution in relation to the occurrence of Movri Mountain earthquake. For the needs of the study, we used seismic records from the seismological station of Riolos (RLS). Riolos station is the nearest station from the epicenter of Movri Mountain earthquake which was in continuous operation during the periods before and after the occurrence of the earthquake. The method that was used to study shear-wave splitting phenomenon was the cross-correlation method (Ando et al., 1983; Fukao, 1984; Kuo et al., 1994). Through the data processing, splitting parameters φ (polarization direction of the fastest component of shear waves) and dt (time delay between the two components) were measured for each seismic event. Shear-wave splitting is a phenomenon in which shear-waves are separated into two components with different polarization directions and velocities. The phenomenon in the upper crust is caused by the existence of stress-aligned, fluid-filled micro-cracks/micro-fractures. The polarization directions of the fast components are usually parallel or sub-parallel to the direction of the maximum horizontal compressive stress (Crampin, 1993). Data analysis revealed the existence of shear-wave splitting phenomenon in the study area. Both before and after the occurrence of Movri Mountain earthquake, the polarization directions of the fast component of shear waves follow a general NNW-SSE direction. The observed mean fast polarization direction is not consistent with the estimated characteristics of the regional stress field of the broader area, as identified by Kontsantinou et al. (2011) and Hollenstein et al. (2008), who report a general E-W direction of the maximum horizontal compressive stress. The difference between the estimated fast polarization directions and the properties of the regional stress field shows the presence of a local stress field in the study area. Finally, an increase in time delays was observed after the occurrence of Movri Mountain earthquake. The average value of delay times before the occurrence of the earthquake was about 27.3ms, while after the occurrence was about 41.7ms. The increase in delay times which was observed after the occurrence of Movri Mountain earthquake possibly indicates changes in the properties of the medium in the upper crust. The occurrence of Movri Mountain earthquake caused the expansion/ lengthening of micro-cracks and its further filling with fluids.

During this thesis, it has been proved that the electrical conductivity of multilayered and electrically anisotropic carbon fiber materials can be expressed by an equivalent second order tensor, which is equal to sum of each layer’s electrical conductivity tensor. The aforementioned equivalent electrical conductivity tensor is valid assuming that the material’s thickness is negligible compared to the other dimensions of the body. The mathematical expression for the prediction of the electrical conductivity of a multilayered material for any stacking sequence, is based on the electric current conservation, and was validated using different methods. Each layer’s electrical conductivity was experimentally studied at the two principal directions. Transverse to the fibers’ direction, an empirical model was developed for the prediction of the electrical conductivity as a function of the layer’s thickness, of the fibre volume fraction and of temperature. All cases involved the study of multidirectional and unidirectional carbon fiber materials without the presence of matrix (porous form – CF preform) as well as in the presence of polymeric matrix (CFRP). The validation of the equivalent tensor was achieved through three different ways: a) through the measurement of the electric resistance, for various stacking sequences, b) through the Joule heating effect, by recording and comparing the developing temperature field to the respective numerically calculated, c) through 3D numerical models which approximate the analytical solution of the 2D domain problem. Moreover using the finite difference method, certain electrothermal models were developed in order to study the temperature field for different stacking sequences. The electrical problem can be expressed by an elliptic PDE, for the case where the material is electrically anisotropic and homogeneous, or non-homogeneous. On the other hand, the transient heat transfer problem involves the case where the material is thermally anisotropic and homogeneous. Using the equivalent tensor, the 3D domain problem is simplified to a 2D domain problem resulting in less computational requirements for the solution of the problem. The present research study could be used in a plethora of application, such as the development of carbon fibre reinforced heating elements (direct heating CFRP molds) as well as damage detection in multidirectional composite materials with electrical conductive reinforcement. / Κατά τη διάρκεια της παρούσας διδακτορική διατριβής, αποδείχθηκε ότι η ηλεκτρική αγωγιμότητα των πολύστρωτων και ηλεκτρικά ανισότροπων υλικών με ίνες άνθρακα, μπορεί να εκφραστεί από έναν ισοδύναμο τανυστή δεύτερης τάξης, ο οποίος είναι το άθροισμα των τανυστών κάθε στρώσης. Ο ισοδύναμος τανυστής ισχύει υποθέτοντας ότι το πάχος συγκριτικά με τις υπόλοιπες διαστάσεις του υλικού είναι πολύ μικρό. Η μαθηματική έκφραση με την οποία μπορεί να προβλεφθεί η ηλεκτρική αγωγιμότητα ενός πολύστρωτου υλικού για οποιαδήποτε αλληλουχία στρώσεων αποδείχτηκε με συστηματικό τρόπο και βασίζεται στην αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα κάθε στρώσης μελετήθηκε πειραματικά στις δύο κύριες διευθύνσεις. Κάθετα στη διεύθυνση των ινών αναπτύχθηκε ένα εμπειρικό μοντέλο πρόβλεψης της ηλεκτρικής αγωγιμότητας συναρτήσει του πάχους της στρώσης, της περιεκτικότητας σε ίνες άνθρακα και της θερμοκρασίας. Σε όλες τις περιπτώσεις μελετήθηκαν πολύστρωτα υλικά ινών άνθρακα χωρίς μήτρα (πορώδης μορφή-CF preforms) και με πολυμερική μήτρα (CFRPs). Η επιβεβαίωση της εγκυρότητας του ισοδύναμου τανυστή έγινε με τρεις διαφορετικούς τρόπους: α) μέσω μετρήσεων της ηλεκτρικής αντίστασης, για διαφορετικές αλληλουχίες στρώσεων, β) μέσω του φαινομένου Joule, καταγράφοντας και συγκρίνοντας το αναπτυσσόμενο θερμοκρασιακό πεδίο με το θερμοκρασιακό πεδίο που υπολογίζεται αριθμητικά, γ) μέσω τρισδιάστατων αριθμητικών μοντέλων όπου τείνουν στην αναλυτική λύση του δισδιάστατου προβλήματος. Στη συνέχεια αναπτύχτηκαν ηλεκτροθερμικά μοντέλα με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών με σκοπό τη μελέτη του θερμοκρασιακού πεδίου για διαφορετικές αλληλουχίες στρώσεων. Το ηλεκτρικό πρόβλημα εκφράζεται από μία ελλειπτική διαφορική εξίσωση όπου το υλικό είναι ηλεκτρικά ανισότροπο και ομογενές ή μη ομογενές ενώ το θερμικό πρόβλημα είναι θερμικά ανισότροπο και ομογενές. Χρησιμοποιώντας τον ισοδύναμο τανυστή το τρισδιάστατο πρόβλημα μετατρέπεται σε ένα δισδιάστατο πρόβλημα με αποτέλεσμα να απαιτούνται λιγότεροι πόροι για την επίλυση του προβλήματος. Η συγκεκριμένη εργασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μία πληθώρα εφαρμογών όπως στην ανάπτυξη και στη λειτουργία θερμαινόμενων στοιχείων ενισχυμένων με ίνες άνθρακα (καλούπια όπου το θερμαντικό στοιχείο το αποτελούν οι ίνες άνθρακα) αλλά και στην ανίχνευση βλάβης συνθέτων υλικών με αγώγιμη ενίσχυση.