وبلاگ

به طور کلی می توان گفت طراحی سازه ها بر اساس آنالیز های لرزه ای بر این مبنا است که رفتار ساختمان در مقابل نیرو های ناشی از زلزله های کوچک، بدون خسارت در محدوده ارتجاعی باقی بماند و در هنگام وقوع زلزله های شدید که رفتار سازه وارد ناحیه غیر خطی می شود ضمن حفظ پایداری کلی خود، خسارتهای سازه ای و غیر سازه ای را تحمل کند، به همین منظور طراحی لرزه ای سازه در هنگام ورود به ناحیه غیر خطی مستلزم آنالیز های غیر خطی می باشد.
می توان گفت یک تحلیل دینامیکی غیر خطی بیانگر رفتار صحیح و واقعی سازه به هنگام وقوع زلزله می باشد امّا با توجه به پیچیده بودن و پر هزینه بودن آنالیز های غیر خطی و زمان بر بودن این نوع تحلیل ها، روش های تحلیلی بر مبنا آنالیز در محدوده رفتار خطی سازه با نیروی کاهش یافته زلزله صورت می گیرد.
از طرفی تحلیل و طراحی سازه ها صرفا بر اساس رفتار ارتجاعی اعضاء و عدم توجه به رفتار غیر خطی در هنگام وقوع زلزله باعث ایجاد شدن طرحی غیر اقتصادی که شامل مقاطع سنگین برای طرح خواهد بود می شود.
از اینرو آیین نامه های لرزه ای، نیروهای برای طراحی ارتجاعی سازه را از یک طیف خطی که وابسته به زمان تناوب طبیعی سازه و شرایط خاک محل احداث سازه می باشد، به دست می آورند و جهت در نظر گرفتن اثر رفتار غیر ازتجاعی و اتلاف انرژی بر اثر رفتار هیسترتیک، میرایی و اثر مقاومت افزون سازه این نیروی ارتجاعی را به وسیله ضریب کاهش مقاومت یا به عبارت دیگر ضریب رفتار سازه به نیروی طراحی مبدل می نمایند.
با توجه به اینکه ضرایب رفتار تعیین شده توسط آیین نامه های لرزه ای بر پایه مشاهدات عملکردی سیستم های سازه ای مختلف در زلزله های اتفاق افتاده و بر اساس قضاوت مهندسی استوار است در جهت رفع نگرانی پژوهشگران بابت فقدان ضرایب رفتار معقول و مبتنی بر مطالعات تحقیقاتی و پشتوانه محاسباتی در سالهای اخیر آیین نامه ها لرزه ای بر این اساس مدون گردیده اند که رفتار های هیسترتیک، شکل پذیری، مقاومت افزون، میرایی و ظرفیت سازه در هنگام استهلاک انرژی را جهت محاسبه ضریب رفتار در نظر بگیرند.
در اغلب آیین نامه های طراحی لرزه ای مقادیر ضریب رفتار ارائه شده بر مبنا قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد سازه در زلزله های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون استوار می باشد. به همین دلیل مقادیر عددی ضرایب رفتار به کار برده در آیین نامه ها مختلف متفاوت می باشد به طوری که می توان گفت محدوده عددی ضریب رفتار برای سازه های بتن مسلح با سیستم قاب خمشی در آیین نامه های اروپایی مانند EC8 در محدوده ی 5/1 تا 5 است در صورتیکه برای همین نوع سیستم سازه ای در آیین نامه های آمریکایی مقادیر ضریب رفتار تا عدد 8 هم بیان گردیده است، از اینرو می توان گفت سازه هایی که مطابق آیین نامه های EC8 طراحی شده اند دارای طراحی های سنگین تری نسبت به طراحی های که مطابق آیین نامه های آمریکایی انجام گرفته است می باشند.
اگر به طور خاص آیین نامه طراحی لرزه ای ایران را مورد مطالعه قرار دهیم، می توان گفت به دلیل آنکه ضرایب رفتار تعین شده بر مبنا قضاوت مهندسی است دارای کاستی هایی به شرح زیر می باشد:
1- برای سیستم های سازه ای، از یک نوع با ارتفاع ها و زمان تناوب ارتعاش متفاوت از ضرایب رفتار یکسانی استفاده میشود.
2- در R تاثیر شکل پذیری و مقاومت افزون و درجه نامعینی به صراحت نیامده است.
3- اثر لرزه خیزی منطقه در  Rلحاظ نشده است.
4- اثر شرایط خاک در R لحاظ نشده است.
 
1-2  روش های محاسبه ضریب رفتار
همانطور که از پیش ذکر شد روش های سنتی چگونگی محاسبه ضریب رفتار برای سیستم های سازه ای بر اساس قضاوت مهندسی انجام می شده است، در طی سالهای اخیر روش های علمی قابل اعتماد و جدیدی توسط تحقیقات نیومارک ارائه گردیده است.
می توان گفت جدید ترین رابطه های ارائه شده برای ضریب رفتار رابطه ای است که سه عامل شکل پذیری، مقاومت افزون و در جه نامعینی را در بر دارد. دو عامل شکل پذیری و مقاومت افزون برای کشور های مختلف می تواند متفاوت می باشد، زیرا به متغیر های کیفی و کمی متعددی مانند فرهنگ ساخت و ساز و روش های اجرائی، ناحیه لرزه خیزی و آیین نامه بارگذاری و طراحی بستگی دارد.
از اوایل دهه 1980 در انجمن فن آوری کاربردی (ATC) در طی پژوهشهای فریمن و یوانگ تلاش محققین به سمت تجزیه ضریب رفتار به عوامل تشکیل دهنده آن سوق پیدا نمود.
قابل توجه است که عامل نامعینی ابتدا در آیین نامه های ATC-19 و ATC-40 و سپس در آیین نامه UBC-1997 مطرح گردید.
در سال 1995 محققین برای محاسبه ضریب رفتار رابطه (1-1) را پیشنهاد نمودند.
(1-1)
که در رابطه فوق  ضریب کاهش نیرو ناشی از مقاومت افزون و  ضریب کاهش نیرو ناشی از شکل پذیری و  کاهش نیرو ناشی از نامعینی یا به عبارت دیگر ضریب درجه نامعینی سازه می باشد. که به علت گسترده شدن مطلب و گسسته شدن موضوع اصلی از تشریح بیشتر آن  در این مطالعه اجتناب شده است .
 
1-3  تشریح اجزای ضریب رفتار
1-3-1  شکل پذیری
1-3-1-1  ضریب شکل پذیری کلی سازه
در صورتیکه منحنی رفتار کلی سازه را اصطلاحا” به صورت منحنی الاستیک – پلاستیک (دو خطی) ایده آل نمائیم، طبق رابطه (1-2) ضریب شکل پذیری کلی سازه که با  نمایش داده می شود محاسبه می شود:

(1-2)
بهتر است مقدار ضریب شکل پذیری کلی سازه ، که نماینگر ظرفیت استهلاک انرژی اجزا یا کل سازه است، از روش های آزمایشگاهی تعیین نمود. رفتار کلی سازه که در شکل (2-1) نشان داده شده است، تنها مربوط به سیستم هایی است که می توانند انرژی را با یک رفتار پایدار مستهلک کنند، مانند قابهای مقاوم خمشی شکل پذیر ویژه، و برای سیستم های دیگر که کاهش شدید سختی و مقاومت دارند، تعریف تغییر مکان تسلیم و تغییر مکان حداکثر در رابطه (1-2) می تواند نادرست باشد. می توان گفت تعیین ضریب  به خصوص برای سازه های بلندتر از یک طبقه کار پیچیده ای است. برای محاسبه این ضریب غالباً از تغییر مکان نسبی طبقه به عنوان معیار تغییر مکان استفاده می‎شود (شکل1-1).
شکل (1-1): نمودار منحنی ظرفیت یک سازه متعارف
 
1-3-1-2  ضریب کاهش نیرو توسط شکل پذیری
سازه ها توسط رفتار شکل پذیر مقدار قابل توجهی از انرژی زلزله را با رفتار هیسترتیک مستهلک می‎کنند، که مقدار این استهلاک انرژی، بستگی به مقدار شکل پذیری کلی سازه دارد. مقدار شکل پذیری کلی سازه نباید از شکل پذیری المانهای سازه فراتر رود. بدین منظور، هنگام طراحی لازم است حداقل مقاومت لازم سازه که شکل پذیری کلی آن را به حد شکل پذیری مشخص شده از قبل، محدود می‎کند، مشخص شود .
همان گونه که در قسمتهای قبل، توضیح داده شد، ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری (  ) طبق رابطه
(1-3)، با نسبت مقاومت ارتجاعی مورد نیاز به مقاومت غیر ارتجاعی مورد نیاز تعریف می شود.
(1-3)
که در این رابطه  مقاومت جانبی مورد نیاز، برای جلوگیری از تسلیم سیستم بر اثر یک زلزله مشخص و   مقاومت جانبی تسلیم مورد نیاز برای محدود کردن ضریب شکل پذیری کلی سازه  به مقداری کمتر و یا برابر با ضریب شکل پذیری کلی از پیش تعیین شده (هدف یا  ) وقتی که سیستم در معرض همان زلزله قرار گیرد، می باشد. به طور کلی، در سازه هایی که در هنگام وقوع زلزله رفتار غیر ارتجاعی دارند، تغییر شکلهای غیر ارتجاعی با کاهش مقاومت جانبی تسلیم سازه (یا با افزایش ضریب )، افزایش مییابند.
برای یک زلزله مشخص و یک ضریب  معین، مشکل اساسی محاسبه حداقل ظرفیت مقاومت جانبی  است که باید در سازه به منظور جلوگیری از به وجود آمدن نیازهای شکل پذیری بزرگتر از ، تأمین گردد. در نتیجه محاسبه  برای هر زمان تناوب و هر شکل پذیری هدف، شامل عملیاتی تکراری است. بدین صورت که، مقاومت جانبی تسلیم ( ) برای سیستم در نظرگرفته و سیستم تحلیل می‎شود، این ‎کار، تا زمانی ادامه می یابد که ضریب شکل پذیری کلی محاسبه شده ( ) با یک تولرانس مشخص، برابر ضریب شکل پذیری کلی هدف ( ) گردد و آنگاه مقاومت جانبی متناظر با این ضریب شکل پذیری،  نامیده می‎شود.
برای تعیین ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری، روش کار بدین صورت است که مقاومت جانبی ارتجاعی  و غیر ارتجاعی  که برای یک سیستم با زمان تناوب مشخص به دست آمده، این مقادیر به وزن سیستم، نرمال می‎شوند. این نیرو ها برای زمان های تناوب مختلف سازه به دست می آید و با توجه به آن، طیف خطی و طیف غیر خطی با ضریب شکل پذیری  محاسبه می‎شود. از از تقسیم طیف خطی به طیف غیر خطی، مقدار ضریب کاهش بر اثر شکل پذیری برای آن زلزله بخصوص و ضریب شکل پذیری هدف، به دست می آید  (شکل1-2 ).
شکل (1-2): طیف ارتجاعی و غیر ارتجاعی با شکل پذیری ثابت
 
 
1-3-2  مقاومت افزون[1]
هنگامی که یکی از اعضای سازه به حد تسلیم رسیده و اصطلاحاً در آن لولای خمیری تشکیل شود، مقاومت سازه از دیدگاه طراحی در حالت بهره برداری به پایان می رسد، ولی در حالت طراحی انهدام، پدیده فوق به عنوان پایان مقاومت سازه به حساب نمی آید، زیرا عضو مورد نظر همچنان می تواند با تغییر شکل غیر ارتجاعی، انرژی ورودی را جذب کند تا به مرحله گسیختگی و انهدام برسد. با تشکیل لولاهای خمیری، به تدریج سختی سازه با کاهش درجه نامعینی استاتیکی کاهش می یابد، و لی سازه همچنان پایدار است و قادر خواهد بود در مقابل نیروهای خارجی از خود مقاومت نشان دهد. وقتی که نیروی خارجی باز هم افزایش یابد، روند تشکیل لولاهای خمیری نیز ادامه یافته و لولاهای بیشتری در سازه پدید می آید تا جایی که سازه از نظر استاتیکی ناپایدار شده و دیگر توان تحمل بار جانبی اضافی را نداشته باشد.
مقاومتی که سازه بعد از تشکیل اولین لولای خمیری تا مرحله مکانیزم (ناپایداری) از خود بروز می دهد، مقاوت افزون نامیده می شود، در طراحی لرزه ای سازه ها مقاومت ارتجاعی مورد نیاز سازه را متناسب با مقاومت افزون آنها کاهش می دهند. برای این منظور، مقدار ضریب رفتار سازه ها متناسب با مقاومت افزون افزایش داده می شود تا مقاومت مورد نیاز کاهش یافته، محاسبه گردد.
سالهاست که پژوهشگران اهمیت مقاومت افزون را در جلوگیری از خراب شدن برخی سازه ها به هنگام رخداد زلزله های شدید شناخته اند. برای مثال، در زلزله سال 1985 مکزیک، وجود مقاومت افزون عامل بسیار مؤثری در جلوگیری از خرابی برخی ساختمانها بوده است. همچنین زلزله سال 1369 (ه.ش) رودبار و منجیل بسیاری از ساختمانهای 7-8 طبقه در شهر رشت که دارای اتصالات خُرجینی و شکل پذیری ناچیز بودند، بر اثر وجود مقاومت افزون (که عمدتاً به دلیل وجود عناصر غیر سازه ای، پارتیشن ها و نما ایجاد شده بود) از فرو ریختن کامل جان سالم به در بردند .
در مطالعات انجام شده بر روی میز لرزان برای ساختمانهای چند طبقه بتن مسلح و فولادی به وسیله پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در برکلی در سالهای 1984 تا 1989 نیز بر اهمیت ضریب مقاومت افزون تأکید شده است.
 
1-3-3  درجه نامعینی
نامعینی سیستم های سازه ای مفهوم مهمی است که از دیرباز مورد توجه مهندسان بوده است. پس از مشاهده تخریب تعداد زیادی از سیستم های سازه ای با درجات نامعینی کم، در زلزله های 1994 نورتریج و 1995 کوبه، موضوع نامعینی سازه ای، به شکل جدی تری مطرح شد. تاکنون تعریفها و تفسیرهای متفاوتی از نامعینی سازه ای، که وابسته به عدم قطعیت نیز و ظرفیت سازه هاست، ارائه شده است. از این رو، استفاده از مفاهیم عدم قطعیت، مبنای یکی از روش های مطالعه نا معینی سیستم های سازه ای تحت بارهای لرزه ای است.
در سال 1978، کرنل برای در نظرگرفتن عدم قطعیت در سیستم های سازه ای، ضریبی بنام ضریب نامعینی پیشنهاد کرد. این ضریب به عنوان احتمال شرطی گسیختگی سیستم معرفی و اولین گسیختگی را که ممکن بود در هر یک از اعضای سازه های سکوی دریایی رخ دهد، مشخص می‎کرد.
هنداوی و فرانگوپل در سال 1994، یک ضریب نامعینی احتمالاتی را پیشنهاد کردند. ضریب پیشنهادی این پژوهشگران به صورت نسبت احتمال تسلیم اولین عضو منهای احتمال انهدام، به احتمال انهدام سیستم تعریف می‎شد.
برترو پدر و پسر در سال 1999 برای اندازه اندگیزی نامعینی سازه‎های قابی تحت اثر حرکتهای زمین ناشی از زلزله، از مهفوم «درجه نامعینی» استفاده کردند. درجه نامعینی که این پژوهشگران مورد استفاده قرار دادند به عنوان تعداد نواحی بحرانی یا لولاهای خمیری در سیستم سازه‎ای تعریف می ‎شود که مقدار قابل توجهی از انرژی هیسترتیک خمیری را قبل از انهدام سازه مستهلک می‎نمایند. در پژوهش های شده، اثرهای مقاومت افزون، ضرایب تغییرات نیاز و ظرفیت و دیگر عوامل، بررسی شده و چنین نتیجه گیری شده است، که جدا کردن نامعینی از عوامل دیگر دشوار است.
در ATC-19  و  ATC-34 به منظورکمّی کردن قابلیت اعتماد سیستم های قاب لرزه ای، ضرایبی به عنوان ضرایب نامعینی پیشنهاد شده است.
آیین نامه ساختمانی متحدالشکل (UBC)و مقررات NEHRP، از سال 1997 یک ضریب  با عنوان ضریب قابلیت اعتماد / نامعینی معرفی کرده اند که در نیروی جانبی زلزله برای طراحی ضرب می شود. در آیین نامه ساختمانی بین المللی (IBC) سال 2000 نیز چنین ضریبی آورده شده است. در پی این بررسی ها گفته شده است که برای رسیدن به ضریب نامعینی کمی و قابل قبول که بتواند در ارزیابی سازه ها و نیز طراحی مورد استفاده قرار گیرد، به تحقیقات و تجربیات گسترده ای نیاز است.
 
1-4  محاسبه ضریب رفتار توسط آنالیز تاریخچه زمانی
در سالهای اخیر یوانگ برای به دست آوردن ضریب رفتار توسط آنالیز های دینامیکی روابطی را به صورت زیر پیش نهاد نموده است.
(1-4)
که در رابطه فوق  حداکثر برش پایه در سازه بر اساس تحلیل دینامیکی خطی ناشی از شتابنگاشتی که باعث مکانیزم شدن سازه بر اساس معیار خرابی می شود و Vy برش پایه حداکثر بر اساس تحلیل دینامیکی غیر خطی در نگاشتی که باعث مکانیزم شدن سازه بر اساس معیار خرابی تعریف شده می شود و Vs برش پایه در نگاشتی که باعث ایجاد اولین مفصل پلاستیک در یکی از المانهای سازه شده است می باشد.
ضریب  برابر 4/1 در نظر گرفته می شود.
لازم به ذکر است که در این پایان نامه از روش فوق جهت محاسبه ضریب رفتار توسط آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی استفاده شده است.
 

اگر به طیف شتاب اغلب زلزله‌ها دقت کنیم خواهیم دید که شتاب پاسخ سازه ­هایی که دوره تناوب بالاتری دارند کمتر خواهد بود ، بنابراین اگر ما می‌توانستیم سازه‌های موجود را به نحوی نرم کنیم، می‌توانستیم نیروی برشی ناشی از زلزله را کاهش دهیم.
از طرف دیگر آسیب ساختمانها و به خصوص اجزای غیر سازه­ای از دو عامل زیر ناشی می‌شود.
1 – تغییر مکان نسبی بین طبقه‌ای
2 – شتاب کف طبقات
اگر بخواهیم تغییر مکان نسبی طبقات را کاهش دهیم بایستی سختی سیستم را افزایش دهیم که این امر موجب افزایش شتاب کف طبقات شده و منجر به خسارت دیدن تجهیزات حساس داخلی می‌شود.
همچنین شتاب طبقات را می‌توان با نرم کردن سازه کاهش داد که این امر منجر به افزایش تغییر مکانهای نسبی در تراز طبقات می‌شود. بنابراین بایستی راهکاری اندیشید که هم شتاب و هم تغییر مکان جانبی ، هر دو با هم کاهش پیدا کنند.
موارد گفته شده در بالا با روشی که از اوایل قرن حاضر مطرح بوده و در دهه‌ های اخیر به علت در دسترس قرار گرفتن امکانات مختلف چه از نظر تکنولوژی ساخت و چه از نظر دانش مهندسی در خصوص تحلیل، طراحی و اجرا برای مقاوم ساختن سازه‌ها در برابر زلزله به عرصه عمل وارد شده است، قابل اجرا خواهند بود. این روش جداسازی لرزه‌ای یا جداسازی نامیده می‌شود.
البته استفاده از این روش در ایران در قرن ششم قبل از میلاد مسیح در ساخت آرامگاه کورش در پاسارگارد مشاهده شده است. این سازه به عنوان قدیمی ترین سازه جداسازی شده جهان شناخته شده است.
این سازه از یک پی از جنس سنگ عمیق و پهن و ملات صاف شده‌ای تشکیل شده است که بر روی پی دیگر از جنس سنگ صاف شده و پهن قرار گرفته است این دو پی به گونه به هم متصل شده اند که صفحه بین شان به جلو و عقب می‌لغزد،آنچنان که در یکی از زلزله‌های رخ داده این سازه سالم مانده است. همچنین در ساخت منارجنبان اصفهان از این روش به نحوی استفاده شده است.
شکل (1-1 ) آرامگاه کورش در پاسارگاد ( قدیمی ترین سازه جداسازی شده جهان )
 
می توان پیشرفت جداسازی لرزه‌ای در دهه‌ های اخیر را به پنج عامل زیر نسبت داد:
1 – گسترش طراحی و ساخت انواع نشیمنها
2 – گسترش طراحی و ساخت میراگرهای لرزه­ای برای کاهش حرکت نشیمنها و مقاومت در مقابل باد و بارهای بهره برداری
3 – افزایش اعتماد به نرم افزارهای کامپیوتری در پیش بینی رفتار جداگرهای لرزه­ای
4 – گسترش استفاده از میز لرزان به جهت شبیه سازی لرزه­ای
5 – افزایش توانایی مهندسان زلزله شناسی در محاسبه مقدار حرکت زمین در مکانهای مورد نظر
هدف اصلی در این روش جلوگیری از انتقال مستقیم نیروی زلزله از پی به سازه است.
به عبارت دیگر جداسازی لرزه‌ای یک روش نوین برای طراحی ساختمانها در برابر زلزله است که مبنای آن کاهش نیاز لرزه­ای به جای افزایش ظرفیت لرزه­ای سازه است. در واقع اساس این روش کاهش پاسخ‌ها به وسیله افزایش زمان تناوب و میرایی در سازه است.
استفاده صحیح از این فن آوری سبب بهبود رفتار سازه‌ها شده و رفتار سازه در حین زمین لرزه‌های بزرگ عمدتا در محدوده ارتجاعی باقی می‌ماند. در این روش تنها برای ایجاد صلبیت جانبی سازه در برابر بارهای جانبی مانند بار باد و بارهای بهره برداری یکسری عناصر باربرجانبی در حداقل نیاز توصیه می‌شود.
از مزایای جداسازی لرزه­ای می‌توان موارد زیر را نام برد :
تغییر مکان‌های نسبی طبقات کاهش پیدا می‌یابد.
کاهش قابل ملاحظه‌ای در شتاب طبقات به وجود می‌آید.

خسارات سازه‌ای و نیز خسارات غیر سازه‌ای به طور محسوسی کاهش می‌یابد.
از مشکلات معماری در طراحی ساختمان‌ها کاسته می‌شود.
هزینه اجرایی سازه‌ها به دلیل استفاده از مقاطع با ظرفیت کمتر کاهش می‌یابد.
نتایج فوق به علت تغییر بعضی از خواص دینامیکی سازه، یعنی افزایش پریود و میرایی آن به دست می‌آید چرا که با افزایش پریود سازه شتاب سازه در اثر حرکات زمین کاهش می‌یابد. البته این پدیده در برخی از حالات نظیر زلزله‌های با پریود بلند و یا سازه‌های واقع بر روی خاک‌های نرم، عملکرد سیستم‌های جداگر لرزه‌ای را نامطلوب می‌سازد.
به هر حال این روش در طراحی برخی از سازه‌های متداول در مقایسه با دیگر روش های دیگر طراحی و تقویت سازه در برابر زلزله دارای ویژگیهای خاصی بوده و به عنوان یک روش موثر قابل طرح است.
 
1-2 مفهوم جداسازی لرزه­ای
شکل (1-2) یک سازه دارای دو درجه آزادی را نشان می‌دهد که در آن  جرم جداگر و  جرم روسازه و  و  سختی و میرایی سازه و  و  سختی و میرایی جداگر می‌باشد. با توجه به اینکه سختی افقی جداگر به مراتب کمتر از سختی افقی سازه است بنابراین مقدار ε (  ) بسیار کوچک است. ( ε<  <  )
دکتر نعیم در کتاب طراحی ساختمانها با جداسازی لرزه­ای از تئوری تا عمل اثبات می‌کند که مقدار ضریب برش پایه در این حالت برابر خواهد بود با :

که به ازای مقادیر کوچک ε و برای یک طیف طراحی متداول می‌توان ساختمان را برای ضریب برش پایه  طراحی کرد که با توجه به اینکه  به مراتب کمتر از  است در نتیجه  بزرگتر از  است. و از طرف دیگر با توجه به اینکه  بزرگتر از  می‌باشد در نتیجه در طیف پاسخ شتاب مقدار ضریب برش پایه کمتر خواهد شد.
 
شکل (1-2): سازه جداسازی شده با دو درجه آزادی را نشان می‌دهد.
 
شتاب اکثر زلزله‌ها معمولا دارای زمان تناوب غالبی حدود 1/0 تا 1 ثانیه می‌باشند و حداکثر شدت آن در حدود 2/0 تا 6/0 ثانیه می‌باشد. بنابراین چون امکان تشدید پاسخ سازه هایی که زمان تناوب طبیعی آنها در محدوده 1/0 تا 1 ثانیه است، در مقابل زلزله وجود دارد این سازه‌ها در محدوده‌های تناوبی فوق آسیب پذیرند. مهمترین امتیاز جداگرهای ارتعاشی در این است که با انعطاف پذیری زمان تناوب طبیعی سازه را افزایش می‌دهند. این پدیده یعنی افزایش زمان تناوب سازه موجب می‌گردد که از عمل تشدید یا از نزدیک شدن به حالت تشدید اجتناب شود و در نهایت پاسخ سازه کاهش یابد. اثر تغییر زمان تناوب سازه به طور نمایشی در شکل ( 1 – 3 ) نشان داده شده است.
شکل (1-3): کاهش برش پایه با افزایش دوره تناوب را نشان می‌دهد.
 
در واقع نیروهای افقی به دست آمده از روش‌های متداول طراحی لرزه‌ای سازه‌ها در مقابل زلزله، در سازه هایی که دارای انعطاف پذیری و میرایی کمی هستند بیشتر است. نیروهای لرزه‌ای وارد بر این سازه‌ها را می‌توان با قرار دادن این سازه‌ها بر روی وسایل و ابزاری که انعطاف پذیری افقی و میرایی لرزه‌ای زیاد فراهم می‌کنند، به مقدار زیادی کاهش داد. این موضوع اساس مفهوم اصلی جداگرهای لرزه‌ای است.
با افزایش دوره تناوب سازه جا به جایی سازه نیز افزایش می‌یابد ( شکل 1 – 4 و 1 – 5 ). البته می‌توان با افزایش میرایی این جابه جایی را کنترل کرد ( شکل 1- 6 ). که این امر سبب افزایش تغییر مکان نسبی طبقات و شتاب طبقات می‌گردد و به گفته دکتر نعیم : تلاش برای بهبود عملکرد سیستم با افزودن میرایی اضافی، فعالیت باطلی است که ناچار محکوم به شکست می‌باشد.
شکل (1-4): تغییر جا به ­جایی با افزایش دوره تناوب را نشان می‌دهد.
شکل (1-5): افزایش جا به جایی وکاهش نیروی برشی با افزایش دوره تناوب را نشان می‌دهد.
 
شکل (1-6) : کاهش جا به جایی با افزایش میرایی را نشان می‌دهد.
 
ایمنی بهتر سازه‌های جدا سازی شده مخصوصا در مورد اجزای غیر سازه‌ای به دلیل کاهش شتاب طبقات و تغییر مکان نسبی طبقات به نسبت سازه‌های گیردار می‌باشد. منحنی تغییر مکان‌های قائم و شتاب‌های افقی تقریبا به صورت مستطیل بوده و تمام جرم‌ها حرکت یکسانی دارند( مود اول ارتعاشی، مهم ترین مود ). بنابراین سازه جداسازی شده را می‌توات تقریبا به صورت یک جرم صلب در نظر گرفت. شکل (1-7) و (1-8)
شکل (1-7) : کاهش شتاب و تغییر مکان نسبی طبقات را نسبت به سازه‌های گیردار نشان می‌دهد.
شکل (1-8) : مقایسه‌ای بین خرابی اجزای غیر سازه‌ای در دو حالت سازه گیردار و سازه جداسازی شده
 
تغییر مکانهای سازه‌های بدون جداگر ارتعاشی در ارتفاع ساختمان افزایش می‌یابد، اما در سازه‌های جداسازی شده بیشتر تغییر مکان مربوط به تغییر مکان خود سیستم جداگر بوده و تغییر مکان سازه در بالای سطح جداگر بسیار کم است و منحنی تغییر مکان در مود اول تقریبا به صورت مستطیل شکل می‌باشد.
یکی از امتیازات خوبی که تغییر مکانهای بزرگ جداگر دارد اینست که محل جداگرها، مکان خوب و مفیدی برای طراحی میراگرهایی با میرایی زیاد جهت کنترل مود اول ارتعاشی می‌باشد، زیرا بسیاری از میراگرها به تغییر مکانهای بزرگی نیاز دارند تا مفید و کارا واقع شوند.
البته این بدین معنی نیست که همواره حداکثر جا به جایی سازه‌های جدا سازی شده بیشتر از سازه‌های گیردار است، بلکه در مورد سازه‌های جدا سازی شده به وسیله جداگرهای اصطکاکی ( FPS) در اکثر موارد جا به جایی حداکثر آنها از جا به جایی حداکثر سازه گیردار در بام بیشتر نمی باشد که نشانگر آن است که این جداسازها حتی در کاهش جا به جایی بیشینه سازه نیز موثر می‌باشند گر چه همانند جداگرهای لاستیکی – سربی برش پایه سازه را کاهش نمی دهند. حتی در جداگرهای لاستیکی – سربی در سازه‌های با ارتفاع زیاد این جابه جایی یا کمتر از جا به جایی حداکثر بام سازه گیردار است و یا اختلاف چندانی با جا به جایی بیشینه بام در سازه گیردار ندارد. شکل ( 1 – 9 ) این مطلب را به خوبی نشان می‌دهد.
شکل (1-9) : تغییرات جا به جایی در ارتفاع را نشان می‌دهد.

. 75
4-2- نوشتن توری های کج افقی در صفحه فیلم پلیمری و بررسی رفتار آنها 76
4-3- ساخت یک add/drop multiplexer بوسیله توری های کج  افقی.. 79
4-4- بررسی ساخت توری مورب عمودی به روش کج کردن فیلم.. 81
4-5- بررسی ساخت توری مورب به روش آینه های ناهمگون.. 83
4-6- نتایج بررسی فرم تغییرات ضریب شکست با مکان.. 85
4-7- نتایج ساخت فیلم های پلیمری با ضخامت بیشتر. 91
4-8- تک مد کردن فیلم پلیمری ضخیم.. 93
4-9- پیشنهادات… 94
  منابع و مراجع.. 95
1-1- اهمیت مدارهای مجتمع نوری و اتصالات نوری
 
با پیشرفت روز افزون بشر و نیاز او به ارتباطات بیشتر گسترش صنعت مخابرات گزینه ای گریز ناپذیر به نظر  می رسد. محدودیت اصلی سیستم های مخابراتی کنونی که مبتنی بر شبکه های فیبر نوری هستند، محدودیت سرعت پردازش سیستم های الکترونیکی نسبت به قابلیت انتقال بسیار سریع داده ها با بهره گرفتن از شبکه های فیبر نوری است. این مشکل در طی دو دهة پیش محدودیت زیادی در سیستم ها به حساب نمی آمد که علت اصلی آن کم بودن نسبی تقاضای کاربران در برابر سرعت سیستم ها بود. با افزایش روز افزون کاربران اینترنتی و افزایش بسیار زیاد تقاضا برای پهنای باند وسیع تر در شبکه، مدارات الکترونیکی دیگرجواب گو نخواهند بود و عاملی برای محدود شدن سرعت بسیار بالای انتقال اطلاعات با بهره گرفتن از شبکه فیبر نوری هستند.
ساخت مدارات مجتمع نوری[1] که توانائی پردازش سیگنالهای نوری را به صورت مستقیم(پردازش های تمام نوری)[2] و بدون تبدیل به سیگنالهای الکترونیکی داشته باشند    می تواند به نحو چشمگیری باعث افزایش سرعت وبازدهی سیستم های مخابراتی گردد[1و2]. مسئله اساسی و مهم در طراحی مدارات مجتمع نوری توانائی ساخت ادوات نوری مانند لیزرها، فیلترهای نوری، موجبر های نوری[3] به صورت مجتمع در سطح یک بستر نیمه هادی و یا یک فیلم پلیمری است. علاوه بر این کنترل مسیر حرکت نور در ساختارهائی با ابعاد بسیار کوچک مانند یک مدار مجتمع از مشکلات فشرده سازی ادوات نوری می باشد.
از دیگر چالش های پیش رو ساخت اتصالات نوری می باشد که یکی از پرکاربردترین ادوات نوری محسوب می شود . کاربرد های اصلی این وسیله نوری ورود و خروج نور به مجموعه ی مدارهای مجتمع نوری و کاربرد دیگر آن کوپلینگ نور بین موجبر های در درون مجموعه

 مدارهای مجتمع نوری می باشد.

حال ما در این پایان نامه تمرکز خویش را بر کوپلینگ نور در درون مجموعه مدار مجتمع نوری با بهره گرفتن از کوپلرهای نوری مبتنی بر توری های نوری معطوف خواهیم کرد.
1-2- معرفی توری های نوری و استفاده از آنها به عنوان کوپلر های نوری
یکی از ساختارهایی که خواص قابل توجه و مفیدی را در مدارهای نوری از خود نشان می دهند  ساختارهای با ضریب شکست متناوب هستند که تحت عنوان کلی فوتونیک       کریستال ها[4]  در جاهای مختلف بیان می شوند . با مطرح شدن فوتونیک کریستالهاو بواسطه خواصی که این ساختار ها دارند، تلاش برای حل بسیاری از مسائل ذکر  شده با بهره گرفتن از فوتونیک کریستالها آغاز شد[3و4و5].
 این ساختارهای متناوب پس از مطرح شدن و گذراندن تحقیقات اولیه کاربردهای فراوانی پیدا کردند از جمله در ساخت فیبرهای نوری و فیلتر های نوری و درکاواک لیزرها بعنوان آینه و در ساختن اتصالات نوری …که پیاده سازی این قطعات قبل از آن به راحتی استفاده از فوتونیک کریستال ها نبود. یکی از راه های ساخت اتصالات نوری به خصوص استفاده از توری های نوری می باشد. توری نوری فوتونیک کریستالی است که ضریب شکست آن فقط در یک جهت دارای تناوب است. اتصالات نوری یا به زبان دیگر کوپلر های نوری که توسط توری های نوری ساخته میشوند بسیار متنوع میباشند.که در فصول بعد به تفصیل در مورد آنها بحث خواهیم کرد.
1-3- معرفی اجمالی پلیمرها به عنوان یکی از مواد مورد استفاده در این ساختارها
azobenzene یک ترکیب شیمیائی متشکل از دو حلقة فنیل است که از طریق یک پیوند دوگانة N=N به هم متصل هستند[6]. اصطلاح آزو برای دستة وسیعی از ملکولها به کار برده می شود که همگی آنها دارای هسته مشترک azobenzene هستند. از جملة مهمترین خواص ملکولهای azobenzene و مشتقات آن ایزومراسیون نوری[5] است. این ملکولها دارای دو ایزومر متفاوت به نامهای trans و Cis هستند. در شکل (1-1) تصویر این دو ایزومر دیده می شود.
دو ایزومر ملکول آزو و طیف جذبی آنها[6]
 تفاوت مواد پلیمری حاوی این ملکولها مربوط به گروه های ملکولی است که از طریق حلقه های بنزنی به ساختار متصل می شوند و خواص ملکولی راتحت تاثیر خود قرار می دهند. از جملة مهمترین خواصی که تحت تاثیر قرار می گیرد طیف جذبی ملکول است که در ادامه در مورد آن توضیح داده خواهد شد. همانطوری که در شکل(1-1) دیده می شود عاملی که باعث تبدیل این دو ایزومر به هم می شود می تواند نور با طول موج مناسب و یا گرمای محیط باشد. ایزومر trans به خاطر شکل ملکولی که دارد از لحاظ ترمو دینامیکی پایدار تر ایزومر دیگر می باشد. برای تبدیل ایزومر پایدار trans به Cis یک سد انرژی معادل 500KJ/mol که مانع از تبدیل آن به ایزومر دیگر می شود و بنابراین زمانی که ملکول در حالت آرامش باشد و تحت تابش نور متناسب با طیف جذبی قرار نداشته باشد، ملکول در حالت پایدار خود یعنی ایزومر trans قرار می گیرد. نمودار انرژی این دو ایزومر نسبت به هم در شکل (1-2) نشان داده شده است.
ترازهای انرژی نسبی دو ایزومر ملکول آزو[6]
همانطوری که در بالا اشاره شد گروه های آزو قابلیت ایزومراسیون نوری را دارا هستند و امروزه از این خاصیت آنها به صورت گسترده در زمینة فوتونیک استفاده می شود. ایزومراسیون نوری یک مسیر دو طرفه در تبدیل ایزومرها به حساب می آید. تحریک نوری باعث برانگیخته شدن ملکولهای آزو به یک حالت بالاتر انرژی می شود. در زمان بازگشت ملکول به حالت پایه بر اساس یک ضریب احتمالی کوانتومی ملکول در یکی از حالت های Trans و یا Cis قرار می گیرد. به عنوان مثال اگر ملکولی در حالت trans تحت تابش نور با طول موج مناسب قرار گیرد، ممکن است به ایزومر Cis تبدیل شود ویا ممکن است در همان حالت قبلی خود باقی بماند. البته اگر ملکولی در حالت Cis قرار گرفت از طریق ایزومراسیون گرمایی خود را به حالت trans بر می گرداند. پدیدة مهمی که در پلیمر های در بر دارندة ملکول های azo اتفاق می افتد، پدیدة جهت گیری نوری ملکول ها است. لازم به توضیح است همانگونه که در بالا اشاره شد ملکول پایة azobenzene در پلیمر های نوری: اولا حاوی گروه های ملکولی دیگری است که از طریق حلقه های فنیل به آن متصل شده اند و کنترل کننده طیف جذبی ملکول هستند. در شکل(1-3) اثر اتصال گروه های ملکولی مانند amino وnitro در طیف جذبی نشان داده شده است. به این ملکول ها رنگدانه[6] نیز گفته می شود.
تاثیر ملکول های مختلف بر طیف جذبی ملکول آزو[15]
دوماً اتمهایی که به این منظور استفاده می شوند معمولاً دارای خاصیت الکترونگاتیویتة بالایی هستند که باعث تجمع ابر الکترونی در این ناحیه می شود و یک قطب منفی در انتهای ملکول ایجاد می کند و با عث قطبی شدن رنگدانه ها می شود.
تابش نور پلاریزه شده که طول موج آن در طیف جذب ملکول باشد، ایزومراسیون نوری Cis-trans را در ملکول فعال می کند. در این حالت ملکول با سرعت بسیار بالا شروع به حرکت کرم مانند حول پیوند دوگانه می کند. زمانی که جهت ملکول به نحوی قرار گیرد که عمود بر پلاریزاسیون نور تابیده شده باشد میزان جذب نور آن به حداقل می رسد و ملکول در همان وضعیت باقی می ماند. لذا پس از تابش نور بر ملکول های آزو در ناحیة تابش ملکول ها به جهت خاصی سوق داده می شوند. این پدیده موجب تغییر ضریب شکست در اثر تابش نور به پلیمر می شود. از قطبی بودن ملکولها در ایجاد خواص غیر خطی در فرایند قطبی کردن پلیمر استفاده می شود.

‌ای بر چالش‌های پیش رویCRAHN.. 44
3-2- فرضیات و مدل سیستم. 46
3-2-1-الگوی فعالیت PU‌ها 48
3-2-2- اساس عملکرد SU‌‌ها 49
3-3- مدل‌سازیCRAHN به کمک شبیه‌سازNS2. 51
3-3-1- فایل مرتبط با فعالیت PU‌ها 53
3-3-2- فایل مرتبط با رویداد‌های کانال. 53
3-3-3-مدیریت منابع طیفی. 54
3-3-4- فعالیتSU‌ها 57
3-4- ارائه یک الگوریتم مسیریابی کارایCRAHN مبتنی بر تکنیک ارسالهای چند مسیره و چند کاناله  58
3-4-1- پروتکل AODV.. 59
3-5- ارائه یک الگوریتم ‌مسیر‌یابی کارا با بهره گرفتن از روش ارسال‌های دوگانه در شبکه‌های رادیوشناختی اقتضایی  67
3-5-1-الگوریتم مرحله RREQ.. 68
3-5-2-الگوریتم مرحله RREP. 70
3-5-3- پروسه  نگهداری از مسیر 71
 فصل چهارم:شبه سازی
4-1- مقایسه کارایی AODV،D2CARP و الگوریتم پیشنهادی. 74
4-2- تأثیر الگوی عملکرد PU‌ها بر راندمان شبکه. 78
4-2-1- تحلیل عملکرد 85
4-3- آنالیز ناهمگونی طیف.. 89
4-4- مقایسه عملکرد دو روش پیشنهادی و D2CARP بر حسب زمان تشخیص طیف.. 91
4-5- مقایسه عملکرد دو روش پیشنهادی و D2CARP بر حسب سرعت حرکت گره‌ها 93
4-6- مقایسه عملکرد دو روش پیشنهادی و D2CARP بر حسب نرخ بسته‌های RREQ.. 94
 فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1- نتیجه گیری. 97
5-2- پیشنهادات.. 100
فهرست منابع و مآخذ: 101
 
– کلیات
به علت افزایش تقاضا برای ظرفیت بیشتر باید شبکه‌های مخابراتی و منابع در دسترس بی‌سیم نظیر طیف (پهنای باند) به صورت کارآمدتر مورد استفاده قرار گیرند. الگوهای طراحی شبکه و تکنولوژی‌های جدید ارتباطی هم چون شبکه‌های ‌رادیو‌شناختی در سال‌های اخیر پدیدار شده‌اند که دارای  قابلیت بهره ­برداری از منابع طیفی  به صورت هوشمندانه  و مؤثر ‌می‌باشند.
تکنولوژی رادیو شناختی برای اولین بار توسط دکتر Mitola  در سال 1999 بیان شد [1]. و در سال­های اخیر تحولی نوظهور در زمینه ارتباطات رادیویی‌ایجاد کرده که ‌می‌تواند با بکارگیری کارآمد منابع طیفی موجود سرویس‌های بی‌سیم سریعتر و با قابلیت اعتماد بالاتر را فراهم آورد. تفاوت قابل توجه شبکه‌های رادیوشناختی با شبکه‌های بی‌سیم متداول گذشته در این است که کاربران این شبکه‌ها باید از فضای رادیویی اطراف خود آگاهی داشته و پارامترهای داخلی خود مانند توان ارسالی، فرکانس ارسالی و نوع مدولاسیون را با آن منطبق سازند، بطور کلی رویکرد سازوکارهای متداول اشتراک و مدیریت طیف درگذشته بر مبنای این فرض بود که تمام کاربران شبکه بی قید و شرط در یک فضای ثابت با هم همکاری ‌می‌کنند که این در یک شبکه‌رادیو‌شناختی پیاده نمی‌شود. اندازه گیری‌های وسیع نشان ‌می‌دهند که تخصیص ثابت فرکانس منجر به بکارگیری ضعیف طیف‌های دارای مجوز در حدود 6 درصد در بیشتر اوقات ‌می‌شود [2].
شکل1-1  نمودار به کارگیری طیف فرکانسی،  [2]
در شبکه‌های رادیوشناختی باندهای طیفی میان کاربران اولیه ([1]PU‌ها( کاربران ثانویه (SU[2]‌ها) به صورت اولویت­ بندی شده به اشتراک

 گذاشته ‌می‌شوند همچنین کاربران هوشمند هستند و قابلیت زیر نظر داشتن، یادگیری و عملکرد بهینه  به منظور افزایش راندمان خود را دارند. اگر آن‌ ها متعلق به حوزه‌های مختلفی باشند و اهداف مختلفی را دنبال کنند همکاری کامل با سایر کاربران ارمغانی برای آن‌ ها نخواهد داشت، یک کاربر تنها وقتی با دیگر کاربران همکاری ‌می‌کند که این همکاری سود بیشتری را برای او فراهم آورد، علاوه بر آن فضای رادیویی اطراف کاربر به دلیل ماهیت پویا و انتشاری کانال‌های رادیویی، تحرک کاربر، وضعیت جغرافیایی، تغییرات توپولوژی و تبادل اطلاعات دائما در حال تحول است.

1-2- تکنولوژی سیستم­های رادیوشناختی
 روش‌های پویای دستیابی به طیف از طریق تکنولوژی‌های رادیو شناختی تحقق ‌می‌یابند. این سیستم‌ها دارای قابلیت اشتراک‌گذاری کانال‌های بی‌سیم به صورت فرصت‌طلبانه با کاربر اولیه بوده; در ساختارهای ناهمگون شبکه ‌می‌توانند پهنای باند بیشتری را برای کاربران فراهم کنند، این هدف تنها ‌می‌تواند به واسطه تکنیک‌های مدیریت کارآمد طیفی و روش‌های پویا تحقق یابد. نیز به موجب ماهیت پویای دسترسی به منابع طیفی و همچنین با در نظر گرفتن کیفیت سرویس‌های مختلف بسته به کاربردهای متفاوت، شبکه‌هایCRN با چالش‌هایی، مواجه ‌می‌شود. به منظور رویارویی با این چالش‌ها هر SU در شبکه باید:

• حفره‌های فرکانسی را تعیین نماید.

• بهترین کانال در دسترس را انتخاب کند.

• با دیگر کاربران برای دسترسی به این کانال‌ها رقابت کند.

• در صورت حضور ناگهانی PU‌ها، آن کانال را تخلیه نموده بخش دیگری از طیف را برای مخابره انتخاب نماید.

این قابلیت‌ها از طریق ساختارهای مدیریتی طیف تحقق ‌می‌یابند که چهارچالش عمده تشخیص طیف، تصمیم‌گیری در طیف، اشتراک‌گذاری و تحرک‌پذیری طیف را عنوان ‌می‌کنند.
تصمیم‌گیری در یک شبکه CR به صورت شکل 2 انجام‌می‌گیرد:
شکل1-2  بلوک دیاگرام  یک SUکه قابلیت شناخت هماهنگی و یادگیری از محیط را دارد. [4]
در این بخش ساختارها و چالش­های موجود در مدیریت طیف این نوع از شبکه‌ها، به ویژه توسعه شبکه‌های هوشمندی که در آن نیازی به تغییر شکل شبکه‌های اولیه نمی‌باشد عنوان شده‌است. یک سیستم رادیویی هوشمند ‌می‌تواند پارامترهای فرستنده اش را بر اساس تغییرات محیط اطرافش تنظیم کند از این رو دو تعریف در مشخصه و ساختار اصلی  CRN‌می‌توان تعریف کرد:
1-2-1-قابلیت هوشمندی
 قابلیت هوشمند بودن ‌می‌تواند بواسطه تشخیص تغییرات لحظه‌ای در محیط‌های رادیویی مشخص شود که در آن قسمت ­هایی از طیف در زمان یا موقعیت خاص مورد استفاده قرار نگرفته­اند، این قابلیت به راحتی و با بازبینی توان برخی از باندهای فرکانسی حاصل نمی‌شود بلکه به روش­های پیچیده­تری برای تعیین تغییرات موقت فضایی فرکانسی، در این محیط‌ها نیازمند است، با این قابلیت ‌می‌توان حفره‌های فرکانسی را در زمان یا موقعیت خاص تعیین کرده و نتیجتاً بهترین بخش از طیف را با پارامترهای عملیاتی مناسب­تر انتخاب نمود.
1-2-2-قابلیت دوباره شکل دهی
 هوشمندی ‌می‌تواند شکل­دهی مجدد اطلاعات طیفی را به صورت پویا و با در نظر گرفتن انطباق با محیط برای مخابره روی فرکانس­های مختلف برنامه ریزی کند، همچنین یکSU‌ می‌تواند از روش­های دستیابی مختلفی که توسط طراحی سخت افزاری اش ساپورت شده ‌استفاده کند. هدف نهایی سیستم­های ‌رادیو‌شناختی انتخاب بهترین طیف از طریق قابلیت­های هوشمندی و دوباره شکل دهی ‌می‌باشد، از آنجایی که بیشتر طیف‌ها قبلا تخصیص داده شده‌اند مهمترین چالش، اشتراک‌گذاری طیف­های مجاز بدون ‌ایجاد تداخل آزاردهنده برای PU‌ها است که در شکل 3 نشان داده شده‌است. رادیوی هوشمند امکان استفاده فرصت‌طلبانه از حفره‌های طیفی را دارد، بنابراین بهترین بخش از پهنای باند آزاد  ‌می‌تواند انتخاب و با سایر SUها به اشتراک گذاشته شود و بدون ‌ایجاد تداخل با کاربران اولیه مورد استفاده قرار گیرد [3].
1-3- معماری فیزیکی شبکه‌های ‌رادیو‌شناختی
 معماری کلی فرستنده گیرنده یک رادیوی هوشمند در شکل 4 نشان داده شده ‌است برای فراهم سازی این قابلیت‌ها ، SUبه یک ساختار فرستنده / گیرنده [3]RF نیاز دارد. مولفه‌های اصلی و اجزای سازنده یک فرستنده گیرنده SU عبارتند از نرم افزار رادیویی و واحد پردازشگر باند پایه که نرم افزار مشخص شد هرادیویی [4] برای آن پیشنهاد شده و در شکل 4 نشان داده شده‌است. در نرم افزار رادیویی سیگنال دریافت شده تقویت، مخلوط و تبدیل به دیجیتال ‌می‌شود، در واحد پردازش باند پایه سیگنال مدوله و دمدوله ‌می‌شود. هر جزء سازنده ‌می‌تواند از طریق یک مسیر کنترلی در تطبیق با محیط رادیویی متغیر با زمان مجددا شکل دهی شود. مشخصه‌ های جدید فرستنده گیرنده‌هایSU، نرم افزارهای رادیویی پهن باندی هستند که قابلیت تشخیص محدوده وسیعی از فرکانس‌ها را داشته باشند. این ساختار به طور عمده به تکنولوژی‌های سخت افزاری RF مثل آنتن‌های پهن باند، تقویت کننده‌های توان و فیلترهای تطبیقی وابسته است. سخت افزارهای RF برای SU باید قابلیت تنظیم شدن روی هر قسمتی از رنج بزرگ طیف را داشته باشد، اما برای فرستنده / گیرندهSU  سیگنال‌هایی از فرستنده‌های مختلف را که در سطح توان‌های پهن باند و موقعیت‌های مختلف عمل ‌می‌کنند داشته باشد، نرم افزار RF باید قابلیت آشکار سازی یک سیگنال ضعیف در یک رنج دینامیکی بزرگ را داشته باشد، از این رو این یک چالش بزرگ طراحی فرستنده گیرنده‌های  RF‌می‌باشد.
1-4 – شبکه‌های ‌رادیو‌شناختی
1-4-1- اجزای شبکه
 اجزای سازنده یک شبکه CRN  درشکل 5 نشان داده شده‌اند، این اجزا را ‌می‌توان به دو گروه شبکه‌های اولیه وثانویه(CR) طبقه بندی کرد.
شکل 1-4 معماری شبکه‌رادیو‌شناختی،[3]
 – شبکه اولیه یا شبکه مجاز
– اجزای شبکه اولیه
کاربران اولیه: کاربران اولیه مجاز به انجام عملیات روی باندهای طیفی معینی هستند. اگر شبکه اولیه ساختار یافته باشد، کاربران اولیه از طریق یک ‌ایستگاه پایه کنترل ‌می‌شوند. به موجب این که کاربران اولیه برای دسترسی به طیف اولویت دارند، لذا عملکرد آن‌ ها نباید تحت تاثیر کاربران ثانویه قرار گیرد. به عنوان مثال، شبکه‌های سلولی معمول و پخش TV از جمله کاربران اولیه هستند.
ایستگاه پایه اولیه:‌ ایستگاه پایه اولیه یا ‌ایستگاه پایه مجاز[5] یک جزء ثابت شبکه ساختار‌یافته ‌می‌باشد که دارای طیف مجاز در سیستم سلولار است. بطور کلی،‌ ایستگاه پایه اولیه هیچگونه قابلیتی را برای اشتراک‌گذاری با کاربران ثانویه ندارد.

 واژه و اصطلاح بسیار نزدیک و مرتبطی که برای درک اهداف علم مواد زیستی- پزشکی مهم است و به فهم تعریف بیومواد کمک می‌کند سازگاری زیستی است[1] است. بر طبق تعریف ویلیامز، سازگاری زیستی یا زیست سازگاری عبارت است از: توانایی یک ماده برای ایفای نقش در یک کاربرد ویژه و اجرای یک وظیفه خاص به گونه‌ای که توام با دریافت پاسخ صحیح و مناسب از طرف بافت میزبان باشد[70]. همچنین ماده‌ای را می‌توان زیست سازگار نامید که در محیط زیستی (بیولوژیکی) کیفیت غیر مخرب داشته و تنها واکنش بدن در مقابل آن تشکیل بافت باشد این مواد شامل مثال‌هایی چون فولادهای ضد زنگ هستند[70].

فولاد ضد زنگ آستنیتی و به ویژه نوع 316 ال[2] متداول‌ترین فولاد برای کاربرد کاشت‌ها محسوب می‌شود این فولاد قابلیت سخت شدن با کارسرد را دارد. فولاد 316ال خاصیت مغناطیسی نداشته و جذب آهنربا نمی‌شود و در مقایسه با فولادهای دیگر، مقاومت خوردگی بهتری دارد. حضور مولیبدن در آلیاژ، مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای[3] در آب نمک را افزایش می‌دهد. وجود نیکل در آلیاژ، پایداری فاز آستنیت را در دمای اتاق فراهم می‌سازد و علاوه بر آن مقاومت خوردگی را افزایش می‌دهد. پایداری فاز آستنیت می‌تواند بر اثر تغییر مقدار نیکل و کرم موجود در آلیاژ تحت تأثیر قرار گیرد[71].

جدول 1-1- ترکیب شیمیایی فولاد ضد زنگ 316ال

 دسته‌ای دیگر از بیومواد، مواد زیست خنثی هستند که هیچ گونه عنصری را آزاد نمی‌سازند ولی هیچ بر همکنش مثبتی را نیز با بافت زنده نشان نمی‌دهند. پاسخ بدن میزبان در مقابل آن‌ ها ایجاد اتصال با بافت است. از انواع معمول بیومواد زیست خنثی می‌توان به تیتانیوم و آلیاژهای آن اشاره کرد. در مورد تیتانیوم و آلیاژهای آن اظهار نظرهای متفاوتی و درگاهی موارد متناقضی وجود دارد برخی محققان تیتانیوم را جزء بیومواد زیست فعال دسته‌بندی کرده‌اند[73و70] در حالی که بعضی منابع آن را زیست خنثی دانسته‌اند[72].

مواد زیست فعال بر همکنش مثبتی رابا بافت زنده نشان می‌دهند. بر خلاف مواد زیست خنثی، پیوند شیمیایی با استخوان و در فصل مشترک برقرار می‌سازند. به دلیل وجود چنین پیوندهایی، تحمل تنش‌های برشی را نیز در فصل مشترک دارند[75و72].

اگر تیتانیوم خالص بدون حضور لایه رویین از جنس اکسید تیتانیوم در نظر گرفته شود، ماده زیست خنثی است و برهمکنشی با بافت میزبان ندارد ولی از آنجا که لایه رویین اکسیدتیتانیوم همواره و در هر محیطی که اندکی اکسیژن در آن وجود داشته باشد درکسری از ثانیه بر روی تیتانیوم تشکیل می شود موجب برهمکنش تیتانیوم با بافت اطراف شده و در نتیجه فعالیت زیستی از تیتانیوم مشاهده می

 گردد. دلیل اصلی وجود اختلاف نظر ذکر شده نیز آن است که در برخی مراجع تیتانیوم بدون لایه رویین در نظر گرفته شده است[74].

تیتانیوم به دلیل داشتن 5 مشخصه، به عنوان یک مادۀ کاشتنی دندانی مهم شناخته می‌شود: 1- مقاومت خوردگی عالی   2- استحکام بالا   3- نسبت استحکام به وزن بالا    4- چقرمگی بالا    5- خاصیت زیست خنثی یا زیست فعال بودن[76]

اما به منظور حصول موفقیت کلینیکی، مواد کاشتنی باید فصل مشترک پایداری با بافت اطراف خود تشکیل دهند تا با خواص مکانیکی بافت طبیعی سازگار شوند. با این که فلزاتی چون فولاد ضد زنگ 316ال و تیتانیوم بسیاری از الزامات بیومکانیکی کاشتنی ها را ارضاء می‌کنند ولی پیوند بین سطح فلزی و استخوان‌های اطراف ضعیف است برای غلبه بر چنین مشکلی باید از پوشش‌های بیوسرامیکی استفاده نمود[77].

پوشش‌های بیوسرامیکی به منظور بهبود مقاومت سایشی و خوردگی کاشتنی‌های فلزی، همچنین برای اصلاح و بهبود عملکرد و کاربرد کاشتنی‌های تحت بار ارتوپدی و دندانی در بدن، تحت بررسی و مطالعه و مورد استفاده قرار گرفته‌اند[77و 62].

در اکثر پژوهش‌ها، توجه اصلی به پوشش زیر کونیا برای اصلاح مقاومت خوردگی زیر لایه فلزی کاشتنی بوده است]74]. زیر کونیا هیچگونه فرایند خوردگی یا تجزیه و اضحلال را در محیط‌های بیولوژیکی متحمل نمی‌شود و از آنجا که ساختار مولکولی کاملاً متفاوت با بافتهای بدن دارد عموماً در بدن موجود زنده پایدار می‌ماند. همچنین زیر کونیا به طور چشمگیری توسط بافت اطراف مورد پذیرش قرار می‌گیرد. اما با استخوان پیوند شیمیایی برقرار نمی‌کند و به عنوان بیوماده خنثی شناخته شده است[78].

یکی دیگر از پوشش‌های بیوسرامیکی هیدروکسی آپاتیت می‌باشد که به عنوان پوشش بر روی کاشتنی های فلزی استفاده می شود. یکی از دلایل استفاده از هیدروکسی آپاتیت در پوشش‌دهی کاشتنی‌ها، تثبیت سریع‌تر کاشتنی در محیط استخوانی اطراف آن است. دلیل دیگر، افزایش عمر عملکرد کاشتنی است. پوشش‌های هیدروکسی آپاتیت در مجاورت محیط استخوانی، بهترین پاسخ بافت را موجب خواهند شد. اما پوشش هیدروکسی آپاتیت با پیوند ضعیف از کاشتنی جدا می‌شود و موجب از بین رفتن سطح کاشتنی نیز خواهد شد[62]. در حقیقت پایین بودن استحکام پیوند بین لایه پوشش هیدروکسی آپاتیت و زیر لایه فلزی کاشتنی، نقطه ضعف پوشش هیدروکسی آپاتیت در کاربرد پزشکی و پروتزهای بدن بوده است. طی پژوهشای مختلف تلاش شده تا با افزودن زیر کونیا به هیدروکسی آپاتیت، اصلاح و بهبود استحکام پیوند پوشش هیدروکسی آپاتیت حاصل گردد. با افزودن زیرکونیا، خواص مکانیکی پوشش هیدروکسی آپاتیت بهبود یافته و تشکیل اکسید کلسیم که فازی ترد و نامطلوب در پوشش است، کاهش می‌یابد[62].

یکی از مهمترین پارامترهای پوشش دهی، استفاده از روش مناسب جهت ایجاد پوششی با تراکم و یکنواختی و چسبندگی مناسب می‌باشد[31].

روش الکترولیت پلاسما می‌تواند به عنوان تکنیکی برای ایجاد پوشش سرامیکی بر روی فلزات به کار رود. پیدایش این تکنیک به دهه 1930 بر می‌گردد، هنگامی که Gunterschulze و Betz برای اولین بار تخلیه الکتریکی را بر روی یک سطح آندی بررسی کردند. در سال‌های اخیر این روش به عنوان تکنیکی برای انجام عملیات سطحی بر روی سطح فلزات به کار گرفته شده است. نتایج گزارش شده از تحقیقات حاکی از آن است که پوشش‌های ایجاد شده به این روش باعث ایجاد مقاومت خوردگی عالی و خصوصیت ضد سایش در سطح فاز می‌شود[23].

در انجام این تحقیق اهداف زیر دنبال می‌شود:

1- بررسی امکان پوشش‌دهی همزمان هیدروکسی آپاتیت و زیرکونیا به روش الکترولیتی پلاسمایی بر روی فولاد ضد زنگ 316ال و تیتانیوم.

2-بررسی خواص تریبولوژیکی و سایش در محلول رینگر و محلول بزاق مصنوعی

3- بررسی خواص خوردگی در محلول وینگر و محلول بزاق مصنوعی