دانشجویان مهندسی مکانیک شهرکرد

سمان خراشهای اولیه به علت وزن زیاد ساختمان با دیوارهای باربر ساخته شده از مصالح بنایی چنان بودند نیروی باد قادر نبود به جاذبه زمین غلبه کند . با افزایش ارتفاع سرعت باد افزایش می یابد ، سرعت متوسط باد استاتیکی یعنی ثابت است ولی سرعت وزش های ناگهانی دینامیکی است ، بنابراین در طراحی ساختمان ها علاوه بر این با خمش یک طرفه (ناشی ازبرخورد باد به یک طرف ساختمان) و خمش دو طرفه که تنش های برشی و پیچشی اضافی روی اعضای سازه وارد می کند و در نهایت تغییر مکان دوطرفه ایجاد می کند، روبرو هستیم .
تقسیم بندی سیستم لوله قابی :

سیستم های لوله ای با توجه با فاصله بین ستون های خارجی به چند دسته تقسیم می شوند که به چند مورد اشاره می شود .

1) قاب لوله ای با فاصله 10 تا 15 فوت (3 تا 4.58 متر) . به این ترتیب که در پلان های مستطیلی در جهت کوتاه فاصله 3 متر و در جهت بلند 4.58 متر .که البته این نوع فاصله گذاری برای پلان های غیر فشرده مناسب می باشد و در بسیاری از

ساختمان های بلند یافت می شود . اندازه ستون ها 38×40 اینچ و یا در بعضی طرح ها 27 ×40 اینچ . در ساختمان های فلزی این اندازه ها مقداری کوچکتر شده به میزانی که ستونها 20 ×36 اینچ می باشند که البته شرایط ضد آتش آنها را به اندازه ستون های مرکب میرساند .

2) قابهای لوله ای با فاصله 10 فوت (3 متر) ستون ، که این فاصله برای همه ستون های اطراف محیطی استفاده می شود و در بعضی از ساختمان ها ممکن است برخی از طراحان و مالکان تصمیم بگیرند که این فاصله کمتر نیز بشود که اندازه ستون ها 27 ×48 اینچ برای ستون های ترکیبی و 20×36 اینچ برای ستونهای فلزی بکار رود .

اولین ساختمانی که از این سیستم استفاده کرده ، ساختمان 43 طبقه دویت چیست نات در سال 1964 در شیکاگو است که این سیستم به خاطر مشکلاتی که دارد اصلاح شده است ؛ در ادامه به آن خواهیم پرداخت ، چنین به نظر می رسد که روش لوله قابی برای ساختمان های فولادی تا هشتاد طبقه و برای ساختمان های بتنی تا شصت طبقه اقتصادی است .



ساختمان هائی با ارتفاع 120 متر در سال 1966 و با 43 طبقه ارتفاع ، در مرکز تجاری شهر شیکاگو ساخته شد و این ساختمان نمونه دیگری از سیستم لوله ای است که چهارچوبهای صلب خارجی که از ستونهای پیرامونی تشکیل شده اند ، سازه را مهاربندی کرده و اجازه ایجاد طبقاتی با فضای باز را می دهند.

?ذرات تا بی‌نهایت ادامه دارند خلاصه ای از تئوری معروف او: دکتر حسابی یکبار تابستان برای مدت کوتاهی به ایران بازگشت و در خانه ای متعلق به آقای جمارانی تابستان را سپری می کرد و در همین ایام در حین مطالعات به این فکر افتادند که علت وجود خاصیتهای ذرات اصلی باید در این باشد که این ذرات بی نهایت گسترده اند و هر ذره ای در تمام فضا پخش است و نیز هر ذره ای بر ذرات دیگر تاثیر می گذارد. به این ترتیب به فکر آزمایشی افتاد که این نظریه را اثبات و یا نفی کند . او با خود فکر کرد اگر این تئوری صحیح باشد باید چگالی یک ذره مادی به تدریج با فاصله از آن کم شود و نه اینکه یک مرتبه به صفر برسد و نباید ذره مادی شعاع معینی داشته باشد. پس در اینصورت نور اگر از نزدیکی جسمی عبور کند باید منحرف شود و پس از اینکه محاسبات مربوط به قسمت تئوری این نظریه را به پایان رسانید پس از بازگشت به امریکا به راهنمایی پرفسور انیشتین در دانشگاه پرنیستون به تحقیقات در این زمینه پرداخت. پرفسور انیشتین قسمت نظری تئوری را مطالعه کرد و دکتر حسابی را به ادامه کار تشویق کرد. دکتر حسابی به راهنمایی پرفسور انیشتین به تکمیل نظریه پرداخت سپس یک سال دیگر در دانشگاه شیکاگو به کار پرداخت و آزمایشهایی در این زمینه انجام داد. وی با داشتن یک انتر فرومتر دقیق توانست فاصله نوری را در عبور از مجاورت یک میله اندازه بگیرد و چون نتیجه مثبت بود آکادمی علوم آمریکا نظریه دکتر حسابی را به چاپ رسانید. برخی همکاران از نامأنوس بودن و جدید بودن این فکر متعجب شدند و برخی از این نظریه استقبال کردند. 
?شرح آزمایشهای انجام شده و نتیجه آن: در اثبات این نظریه اگر در آزمایش, نور باریک لیزر از مجاورت یک میله وزین چگال عبور داده شود, سرعت نور کم می شود. در نتیجه پرتو لیزر منحرف میگردد. هرگاه پرتو لیزر بطور مناسبی از میان دو جسم سنگین که در فاصله ای از هم قرار دارند عبور داده شود انحراف آن هنگام عبور از مجاورت جسم اول و سپس از مجاورت جسم دوم به خوبی معلوم میشود و این انحراف قابل عکسبرداری است. این آزمایش گسترده بودن ذره را نشان می دهد. بر طبق این آزمایش انحراف زیاد پرتو لیزر فقط در اثر پراش نبوده بلکه مربوط به جسم است. بر حسب این نظریه هر ذره, مثلاً الکترون, کوارک یا گلویون نقطه شکل نیست بلکه بی نهایت گسترده است و در مرکز آن چگالی بسیار زیاد بوده و هر چه از مرکز فاصله بیشتر شود آن چگالی بتدریج کم می شود. بنابراین یک پرتو نور از یک فضای چگالی عبور کرده و شکست پیدا میکند و انحراف می یابد.
?اختلاف تئوری بی نهایت بودن ذرات با تئوریهای قبلی: در تئوریهای قبلی هر ذره قسمت کوچکی از فضا را در بر دارد یعنی دارای شعاع معینی است و خارج از آن این ذره وجود ندارد ولی در این تئوری ذره تا بی نهایت گسترده است و قسمتی از آن در همه جا وجود دارد. در تئوریهای جاری نیروی بین دو ذره از تبادل ذرات دیگر ناشی می شود و این نیرو مانند توپی در ورزش بین دو بازیکن رد و بدل می شود و این همان ارتباطی است که یبن آنها حاکم است و در تئوریهای جاری تبادل ذرات دیگری این ارتباط میان دو ذره را ایجاد میکند. مثلاً نوترون که بین دو ذره مبادله می شود, اما در تئوری دکتر حسابی ارتباط بین دو ذره همان ارتباط گسترده ایست که در همه جا بعلت موجودیت آنها در تمام فضا بین آنها وجود دارد. 
?ارتباط این تئوری با تئوری نسبیت انیشتین: تئوری انیشتین می گوید: خواص فضا در حضور ماده با خواص آن در نبود ماده فرق دارد, به عبارت ریاضی یعنی در نبود ماده, فضا تخت است ولی در مجاورت ماده فضا انحنا دارد. اگر بگوییم یک ذره در تمام فضا گسترده است در هر نقطه از فضا چگالی ماده وجود دارد و سرعت نور به آن چگالی بستگی دارد به زبان ریاضی به این چگالی می توان انحنای فضا گفت. 
?ارتباط فلسفی این تئوری با فلسفه وحدت وجود: در این نگرش همه ذرات جهان بهم مرتبط هستند. زیرا فرض بر این است که هر ذره تا بی نهایت گسترده است و همه ذرات جهان در نقاط مختلف جهان با هم وجود دارند. یعنی در واقع قسمت کوچکی از تمام جهان در هر نقطه ای وجود دارد.

پروژه «سپر نئو (NEOShield)» که توسط دانشمندان برلین طراحی و بودجه آن از سوی اتحادیه اروپا تامین می‌شود، قرار است در سه سال آینده به مرحله نهایی خود برسد.

برخی از نظریه‌های کنونی شامل دفع سنگهای عظیم فضایی توسط موشکها یا لوازم انفجاری یا استفاده از گرانش برای تغییر مسیر آنهاست. 

روز جمعه گذشته، زمین شاهد عبور سیارک 11 متری 2012 BX34 از فاصله حدود 60 هزار کیلومتری زمین بود و قرار است در چند روز آینده با جسم سنگی بزرگتری به اندازه 400 برابر شهر لندن ملاقات کند.

البته به گفته دانشمندان، عبور این سیارک خطری را برای زمین در بر نخواهد داشت. با این حال با برآورد ناسا در مورد حضور بیش از هزار سیارک با اندازه بیش از یک کیلومتر و نزدیک به 20 هزار سیارک بیش از 100 متری در فضا، دانشمندان موسسه تحقیقات سیاره‌ای در تلاش برای شناسایی اقداماتی در جهت حفاظت از زمین هستند.

با بودجه مالی چهار میلیون یورویی کمیته اروپا و کمک مالی 1.8 میلیون یورویی از موسسات و شرکای علمی، مرکز هوافضای آلمان قصد دارد در سه سال آینده ماموریت‌هایی را با این هدف به آزمایش بگذارد.

پس از این دوره در صورت وجود کمک‌های بیشتر، ماموریت اصلی در سال 2020 آغاز خواهد شد.

در این دوره دانشمندان به دنبال ایده‌ها و شیوه‌هایی برای این ماموریت بوده که بسیاری از آنها تاکنون مطرح شده‌اند. برای مثال برنامه ضربه جنبشی شامل یک موشک عظیم برای منحرف کردن سیارک است.

نمونه دیگر یک تراکتور گرانشی است که در آن یک کاوشگر کوچک به نزدیکی سیارک رفته و از کشش گرانشی آن برای خروج آن از مسیر زمین استفاده می‌کند.

در این میان نظراتی برای مقابله با این اجسام توسط سلاح‌های هسته‌ای نیز وجود دارد که به گفته مقامات، در مراحل آخر قرار دارند.

سازندگان این فناوری آن را یک دستاورد نویدبخش برای هدایت موشک‌های کوچک خوانده‌اند که از هزینه بسیار پایین و سرعت بیشتری برخوردار خواهد بود.

آزمایشگاه ساندیا که به شرکت لاک‌هید مارتین تعلق داشته، اکنون به دنبال یک شرکت خصوصی شریک برای آزمایش کامل این پیش‌ساخت و ورود این گلوله هدایت‌شده به بازار است.

آزمایشات اولیه این طراحی در شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای و آزمایش‌های میدانی پیش‌ساختها موفق بوده است. در فیلمی که از پرواز آزمایشی این گلوله به ثبت رسیده، یک دیود نوری در گلوله، تعبیه شده تا مسیر آن را در آسمان شب به نمایش بگذارد.

طراحی ساندیا برای این گلوله چهار اینچی شامل یک حسگر نوری در دماغه آن برای شناسایی پرتو لیزر هدف است. این حسگر به ارسال اطلاعات به الکترونیک‌های هدایت و کنترل فرستاده که از یک الگوریتم در یک واحد پردازشگر مرکزی هشت بیتی برای فرمان به محرک‌های الکترومغناطیسی استفاده می‌کند. این محرکها به رانش باله‌های کوچکی می‌پردازند که گلوله را تا هدف هدایت می‌کنند.

بیشتر گلوله‌ها از تفنگ‌هایی شلیک شده که از شیار یا خان برای ایجاد پیچشی در جهت پرواز مستقیم آنها برخوردارند. برای فعال‌سازی حرکت گلوله به سوی هدف و ساده‌سازی طراحی، باید این پیچش حذف شود.

این گلوله به دلیل طراحی ایرودینامیکی ثابت آن که از یک کانون گرانشی در جلوی موشک و باله‌های کوچک برخوردار بوده، مستقیم پرواز می‌کند.

شرکت لاک‌هید مارتین از مدتها قبل با ارتش آمریکا برای دستیابی به این گلوله‌ها همکاری دارد. در سال 2008 این شرکت یک قرارداد 14.5 میلیون دلاری با دارپا برای ساخت تسلیحات هدایت شونده امضا کرد.

آزمایشات نشان داده که محرک الکترومغناطیسی به خوبی کار کرده و سرعت این گلوله با استفاده از باروت‌های کنونی تا 2.1 ماخ خواهد رسید.

محققان بر این باورند که با استفاده از باروتهای خاص، این گلوله به سرعت استاندارد ارتش خواهد رسید.

جلدهای کتاب مدرسه برای بسیاری از افراد یادآور خاطرات دوران کودکی است و طراحان از این طرح‌ها برای شارژ گوشی‌های موبایل، تبلت و کتابخوان های دیجیتال استفاده کرده‌اند.

شارژر جدیدی که طراحان برای علاقه‌مندان کتاب طراحی کرده‌اند، در اصل یک جلد نازک کتاب است که گوشی موبایل با قرار گرفتن روی آن شارژ می‌شود.

گوشی موبایل روی جلد کتاب قرار گرفته و از طریق یک کابل USB یا یک آداپتور دیواری دستگاه به راحتی شارژ می‌شود.

این محصول با قیمت 45 دلار عرضه می‌شود.

این متن خلاصه مقاله پروفسور سرمارتین ریس، یکی از پیشگامان کیهان شناسی در جهان است. وی استاد تحقیقات انجمن سلطنتی در دانشگاه کمبریج و دارای عنوان اخترشناس سلطنتی است. در عین حال وی عضو انجمن سلطنتی، آکادمی ملی علوم ایالات متحده و آکادمی علوم روسیه است. وی ضمن مشارکت با چندین همکار بین المللی ایده های بسیار مهمی در مورد سیاهچاله ها، تشکیل کهکشان ها و اخترفیزیک انرژی بالا داشته است.

 شش عدد بر کل جهان حاکم است که از زمان انفجار بزرگ شکل گرفته اند. اگر هر کدام از این اعداد با مقدار فعلی آن کمی فرق داشت، هیچ ستاره، سیاره یا انسانی در جهان وجود نداشت. قوانین ریاضی عامل تحکیم ساختار جهان است. این قاعده فقط شامل اتم ها نمی شود، بلکه کهکشان ها، ستاره ها و انسان ها را نیز در برمی گیرد. خواص اتم ها ـ از جمله اندازه و جرمشان، انواع مختلفی که از آنها وجود دارد و نیروهایی که آنها را به یکدیگر متصل می کند ـ عامل تعیین کننده ماهیت شیمیایی جهانی است که در آن به سر می بریم. تعداد بسیار اتم ها به نیروها و ذرات داخل آنها بستگی دارد. اجرامی را که اخترشناسان مورد بررسی قرار می دهند ـ سیارات، ستارگان و کهکشان ها ـ توسط نیروی گرانش کنترل می شوند و همه این موارد در جهان در حال گسترشی روی می دهد که خواصش در لحظه انفجار بزرگ اولیه(Bigbang) در آن تثبیت شده است. علم با تشخیص نظم و الگوهای موجود در طبیعت پیشرفت می کند، بنابراین پدیده های هر چه بیشتری را می توان در دسته ها و قوانین عام گنجاند. نظریه پردازان در تلاشند اساس قوانین فیزیکی را در مجموعه های منظمی از روابط و چند عدد خلاصه کنند. هنوز هم تا پایان کار راه زیادی باقیمانده است، اما پیشرفت های به دست آمده نیز چشمگیرند. در آغاز قرن بیست و یکم، شش عدد معرفی شدند که به نظر می رسد از اهمیت فوق العاده ای برخوردارند.

 دو تا از این اعداد به نیروهای اساسی مربوط می شوند؛ دو تای دیگر اندازه و «ساختار» نهایی جهان ما را تثبیت می کند و بیانگر آن هستند که آیا جهان برای همیشه امتداد می یابد یا خیر؛ و دو عدد باقیمانده بیانگر خواص خود فضا هستند. این شش عدد با یکدیگر« نسخه»ای را برای جهان تشکیل می دهند. گذشته از این جهان نسبت به مقدار این شش عدد بسیار حساس است: اگر یکی از این اعداد تنظیم نشده باشد، آن وقت نه ستاره ای در جهان وجود می داشت و نه حیاتی.

 سه تا از این اعداد (که به جهان در مقیاس بزرگ وابسته است) به تازگی با دقت زیاد اندازه گیری شده است. سر برآوردن حیات انسان در سیاره زمین حدود 5/4 5.6 میلیارد سال به درازا کشیده است. حتی پیش از آنکه خورشید ما و سیارات گرداگرد آن تشکیل شوند، ستاره های قدیمی تر، هیدروژن را به کربن، اکسیژن و دیگر اتم های جدول تناوبی تبدیل می کردند. این فرآیند حدود ده میلیارد سال به درازا کشیده است. اندازه جهان قابل مشاهده تقریباً برابر فاصله ای است که نور بعد از انفجار بزرگ پیموده است بنابراین این جهان قابل مشاهده کنونی باید بیش از 10 میلیارد سال نوری وسعت داشته باشد.(X=Ct ,t=1*3600*24*365,C=3*10^8)  بسیاری از مناقاشات پردامنه و طولانی مباحث کیهان شناختی امروزه دیگر پایان یافته، و در مورد بسیاری از مواردی که پیش از این موضوع بحث بودند، دیگر مناظره ای صورت نمی گیرد.

 اینشتین در یکی از مشهورترین کلمات قصار خود می گوید: «غیرقابل درک ترین چیز در مورد جهان، قابل درک بودن آن است.» وی در این عبارت بر شگفتی خود در مورد قوانین فیزیک که ذهن ما نسبتاً با آنها خو گرفته و تا حدودی با آنها آشناست تاکید می کند، قوانینی که نه فقط در روی زمین بلکه در دوردست ترین کهکشان ها هم مصداق دارد. نیوتن به ما آموخت همان نیرویی که سیب را به سمت زمین می کشد، ماه و سیارات را در مدار خود به گردش در می آورد. هم اکنون می دانیم همین نیروست که عامل تشکیل کهکشان ها است و همین نیروست که باعث می شود ستاره ها به سیاهچاله تبدیل شوند.

قوانین فیزیکی و هندسه ممکن است در جهان های دیگر متفاوت باشد. چیزی که جهان ما را از سایر جهان ها متمایز می کند ممکن است همین شش عدد باشد.

 1- عدد کیهانی امگا نشان دهنده مقدار ماده ـ کهکشان ها، گازهای پراکنده و «ماده تاریک» ـ در جهان ماست. امگا اهمیت نسبی گرانش و انرژی انبساط در جهان را به ما ارائه می دهد جهانی که امگای آن بسیار بزرگ است، بایستی مدت ها پیش از این درهم فرورفته باشد، و در جهانی که امگای آن بسیار کوچک است، هیچ کهکشانی تشکیل نمی شود. تئوری تورم انفجار بزرگ می گوید، امگا باید یک باشد؛ هر چند اخترشناسان درصددند مقدار دقیق آن را اندازه بگیرند.

 2- اپسیلون بیانگر آن است که هسته های اتمی با چه شدتی به یکدیگر متصل شده اند و چگونه تمامی اتم های موجود در زمین شکل گرفته اند. مقدار اپسیلون انرژی ساطع شده از خورشید را کنترل می کند و از آن حساس تر اینکه، چگونه ستارگان، هیدروژن را به تمامی اتم های جدول تناوبی تبدیل می کنند، به دلیل فرآیندهایی که در ستارگان روی می دهد، کربن و اکسیژن عناصر مهمی محسوب می شوند ولی طلا و اورانیوم کمیاب هستند. اگر مقدار اپسیلون 006/ یا 008/ بود ما وجود نداشتیم. عدد کیهانی e تولید عناصری را که باعث ایجاد حیات می شوند ـ کربن، اکسیژن، آهن و… یا سایر انواع که باعث ایجاد جهانی عقیم می شود را کنترل می کند.

 3- اولین عدد مهم تعداد ابعاد فضا است. ما در جهانی سه بعدی زندگی می کنیم. اگر D برابر دو یا چهار بود امکان تشکیل حیات وجود نداشت. البته زمان را می توان بعد چهارم فرض کرد، اما باید در نظر داشت بعد چهارم از لحاظ ماهیت با سایر ابعاد تفاوت اساسی دارد چرا که این بعد همانند تیری رو به جلو است، ما فقط می توانیم به سوی آینده حرکت کنیم.

 4- چرا جهان پیرامون این چنین وسیع است که در طبیعت عدد مهم و بسیار بزرگی وجود دارد. Nنشان دهنده نسبت میان نیروی الکتریکی است که اتم ها را کنار یکدیگر نگاه می دارد و نیروی گرانشی میان آنهاست. اگر این عدد فقط چند صفر کمتر می داشت، فقط جهان های مینیاتوری کوچک و با طول عمر کم می توانست به وجود آید. هیچ موجود بزرگ تر از حشره نمی توانست به وجود آید و زمان کافی برای آنکه حیات هوشمند به تکامل برسد در اختیار نبود.

 5- هسته اولیه تمام ساختارهای کیهانی ـ ستاره ها، کهکشان ها و خوشه های کهکشانی ـ در انفجار بزرگ اولیه تثبیت شده است. ساختار یا ماهیت جهان به عدد Q که نسبت دو انرژی بنیادین است، بستگی دارد. اگر Q کمی کوچک تر از این عدد بود جهان بدون ساختار بود و اگر Q کمی بزرگ تر بود، جهان جایی بسیار عجیب و غریب به نظر می رسید، چرا که تحت سیطره سیاهچاله ها قرار داشت.

 6- اندازه گیری عدد لاندا در بین این شش عدد، مهم ترین خبر علمی سال 1998 بود، اگرچه مقدار دقیق آن هنوز هم در پرده ابهام قرار دارد. یک نیروی جدید نامشخص ـ نیروی «ضدگرانش» کیهانی ـ میزان انبساط جهان را کنترل می کند. خوشبختانه عدد لاندا بسیار کوچک است. در غیر این صورت در اثر این نیرو از تشکیل ستارگان و کهکشان ها ممانعت به عمل می آمد و تکامل کیهانی حتی پیش از آنکه بتواند آغاز شود، سرکوب می شد.

وزارت انرژی آمریکا، برنامه های بسیاری برای آینده تولید انرژی از نیروگاه های زغال سنگ سوز درنظرگرفته است. نیروگاه های پیشرفته آینده بازده بالاتر وآلایندگی بسیار کمتری خواهند داشت، آنقدر کم که برخی آنها را نیروگاه های با «خروجی آلاینده نزدیک به صفر می دانند».
نیروگاه های آینده نه تنها با انواع کنونی تفاوت خواهند داشت که ابزار طراحی آنها نیز بسیار متفاوت خواهند بود. برای کاهش هزینه وکوتاه کردن زمان اجرای طرح های نیروگاه های آینده، وزارت انرژی، مهندسی مجازی را به عنوان یک فناوری توانمند به کار می گیرد. این فناوری، مهندسان آینده را قادر خواهد ساخت که ایده های بیشتری را که تا پیش از این با روش های سنتی مدت ها به طول می انجامید، سریع تر آزمایش کنند. نه تنها در زمینه ساخت نیروگاه های جدید که دربسیاری زمینه های دیگر مهندسی نیز، می توان از این فناوری سود جست.
طرح های جدید برای مجتمع های نیروگاهی می باید به طورسنتی در انواع مقیاس ها ساخته می شدند تا امکان آزمایش روی آنها فراهم می شد. این فرآیند نیازمند صرف هزینه و زمان بسیاری است. این روش، محدودیت های عملی و اجرایی فراروی ایده های خلاقانه و نوگرا می گذارد. هدف سیستم مهندسی مجازی این است که به طراحان نسل بعد نیروگاه ها اجازه دهد فناوری های روز آمد را آزمایش کنند و توسعه دهند. نیروگاه هایی مانند نیروگاه هایی مانند نیروگاهای هواپاک، شکارکننده کربن و نیروگاه های استخراج هیدروژن از زغال سنگ، پیش از اجرا می توانند طراحی و آزمایش شوند. وزارت انرژی درنظر دارد با کاهش دوره طراحی و افزایش سرعت ساخت نیروگاه ها و به بهره برداری رساندن آنها، هرچه سریع تر نسل جدید نیروگاه ها را بسازد. این سامانه را پژوهشگران آزمایشگاه ملیAmes در دانشگاه ایالتی آیوا، دانشگاه کارنگی ملون و شرکای صنعتی پروژه از جملهReaction Engineering Int, Fluent Inc تولیدکرده اند.
پژوهشگران در مرکز کاربری حقیقت مجازی در دانشگاه آیوا مدل های محاسباتی را با مشاهده چشمی و ابزار مجازی با قابلیت بر هم کنشی همراه می سازند تا امکان تحقیق و اعمال تغییرات هم زمان روی طرح های پیشنهادی وجود داشته باشد. این ابزار مهندسان را قادر می سازد که سامانه ها و اجزای آنها را درفضای مجازی طراحی کنند، تغییردهند و عیب یابی کنند، درست مانند هنگامی که با اجزای واقعی کار می کنند. اجزای جدیدی در نیروگاه ها قرارداده خواهند شد و کارآیی آنها آزمایش خواهد شد، بدون این که به ساخت مدل های فیزیکی نیاز باشد. اجزای سامانه در زمان(real time) بدون این که نیازی به مدل سازی و آنالیز دوباره مدل ها باشد، قابل اصلاح و بهینه سازی هستند.
طراح یکVisual Interface دراختیار خواهد داشت که همانند یک نیروگاه حقیقی برای استفاده بهینه مهندسان ساخته شده و مزیت هایی به آن افزوده شده است. ابعاد نیروگاه مجازی مدل سازی شده را می توان دراندازه های گوناگون تنظیم کرد. مهندس طراح قادر خواهد بود درنیروگاه مجازی قدم بزند، کارکرد آن را تماشا کند، به درون *****های تمیزکننده گام بگذارد، یا بر تکه ای زغال سوار شود و مسیر آن را درون نیروگاه بپیماید.
این ابزار زمان تولید را پایین می آورند و طراحی مهندسی و کیفیت تولیدات را بهبود می بخشند. هسته دست یابی به این مزیت ها افزودن شبیه سازی محاسباتی عددی با درنظرگرفتن تمام جزئیات Numerical Simulations و در دسترس بودن اجزای طراحی شده در طرح مجازی است.
نرم افزار به گروه مهندسی اجازه می دهد که شکل، اندازه، شرایط کاری و دیگر ویژگی های تجهیزات موجود دریک نیروگاه را تغییر دهند و اثر این تعمیرات را برعملکرد نیروگاه را مشاهده و بررسی کنند. برای مثال، اگر مهندسی بخواهد ویژگی های عملکردی یک کوره زغال سنگ سوز را با تنظیم پارامترهای نازل(قطر، زاویه، طول و...)تغییر دهد، می تواند با اعمال این تغییرات برنحوه تزریق دوغاب اکسیژن و زغال سنگ بدون کوره اثر بگذارد، آنگاه سامانه مهندسی مجازی تعیین خواهد کرد که این تغییر چه اثری بر ترکیبات گازمصنوعی تولید شده درنیروگاه خواهد گذارد، درضمن محاسبه هم زمان بازده و هزینه نیز، شدنی است. تقریباً تمام زاویه های شبیه سازی(Simulation) نیروگاه، به لحاظ طراحی، ساخت و یا نگهداری را پوشش می دهد. شبیه سازهای نفتی، فرآیندیoff-line محسوب می شوند و محاسبات و آنالیز داده ها درآنها پیش تر انجام شده است. زمان تکرار هرآزمایش مجازی می تواند از یک روز تا چند هفته به طول بینجامد. برپایه تصمیم گیری مهندسی و نتایج شبیه سازی های پیشین، فرآیند آماده سازی یک نرم افزار شبیه سازی با اعمال تغییرات کوتاه مدت، زمان بسیاری به درازا خواهد کشید. سپس نتایج مدل های محاسباتی دراختیار سایر مهندسان،گروه طراحی و مدیریت قرار می گیرد. حتی اگر ابزارهای آنالیز سه بعدی به کار گرفته شوند، باز هم حضور گروه طراحی در فرآیند ناپیوسته خواهد بود، زیرا آنها تنها هنگامی می توانند فعالانه درفرآیند طراحی شرکت کنند که نتایج محاسبات تکمیل، بازبینی و تصحیح شده باشند.
به دلیل این که این فرآیند ذاتاً زمانبر است، محاسبات سیالاتی و انتقال حرارتی معمولاً نزدیک به زمان پایان فرآیند طراحی استفاده می شوند تا دیدگاه بهتری به طراحان بدهند، حال آن که این محاسبات خود می توانند مبنای طرح های جدید قرار گیرند. به دلیل این که تغییرات بنیادین به هنگام انجام فرآیند طراحی پرهزینه اند، تأثیر مدل سازی تحلیلی محاسباتی برجزئیات طرح نهایی اندک است؛ از این رو روند سنتی، توان طراحی on-line را ندارد. طراحی برهم کنشی (Collaboratire) که درآن مهندس، روند پویایی را برای طراحی درپیش می گیرد، نیازمند کسب درک آنی از عملکرد طبیعی کار نیروگاه است. روند قدیمی همچنین اجازه کاوش درباره پرسش های مهندسان، طراحان و مدیران را نمی دهد. این شیوه کار تعداد راه حل های فراروی گروه های طراحی را محدود و خلاقیت در روند طراحی را ضعیف می کند. پرسش هایی همچون «چه می شد اگر» که از ارکان اساسی طراحی است، زیاد پرسیده نمی شود.
مهندسی مجازی با آفریدن فضای کاری مجازی و ارتقای بسیاری از فناوری های محاسباتی پیچیده همچون مهندسی و طراحی به کمک رایانه(CAD)، دینامیک تحلیلی سیالات، آنالیز المان محدود، محاسبات پرسرعت، کنترل فرآیند هوشمند، مدیریت اطلاعات و تجهیزات واقعیت مجازی پیشرفته، راهی برای چیرگی بر مشکلات طراحی می جوید. این محیط کار مهندسی تمام فعالیت های نیروگاهی، نتایج تحلیلی، مدل های اقتصادی و هر گونه اطلاعات کیفیتی و کمیتی را که برای فرآیند طراحی مهندسی لازم است، در بر می گیرد.
این محدوده وسیع از اطلاعات و توانمندی ها، تمام متولیان را قادر می سازد که به طور کامل و با فهم عمیق تر و دقیق تر، تحلیل ها و نتایج را بررسی و بیشترین بهره را از همین نتایج برداشت کنند و راهکارهای مهندسی نوآورانه تری را به بوته آزمایش بگذارند.
تکنیک های مهندسی مجازی نیازمند گردآوری اطلاعات از منابعی گوناگون است که تمام مراحل تولد تا مرگ یک نیروگاه را بررسی می کنند و از آن پس، قضاوت مهندسی و تجربه را با هم در می آمیزند تا اطلاعات خام را به دانشی کاربردی تبدیل کنند. اطلاعات اگر به گونه ای مؤثر به بشر عرضه شوند، امکان تحلیل الگوهای پیچیده، ساخت فرصت های نو و آنالیز فرآیندهای جانشین را در اختیار او می گذارند. با عجین ساختن برنامه های شبیه سازی، نقشه های با اندازه های دقیق و محصولات بینایی مجازی با دقت بالا می توان بازرسی شبیه به بازرسی با حضور فیزیکی در محل را شبیه سازی کرد. در چنین محیطی، افرادی با رشته های تحصیلی متفاوت اما با هدفی مشترک، امکان همکاری دو جانبه دارند. این همکاری منشأ فرصت های بی نظیری برای بهینه سازی طرح، رویارویی با موارد پیش بینی نشده و ارتقای توانمندی حل مسائل خواهد بود.
برای همراه ساختن تمام این بخش ها در یک محیط آشنا و طبیعی، نیاز به نرم افزاری بسیار توانمند است. گروه پژوهشی مهندسی مجازی دانشگاه ایالتی آیوا، این نرم افزار را ساخته است. ابزار مهندسی مجازی آن کیت VE-Suite است که از سه موتور نرم افزاری اصلی VE-Xplore، VE-CE و VE-Conductor تشکیل شده است که وظیفه انتقال داده ها از مهندسی طراح به اجزای مجازی را برعهده دارند.
VE-CE وظیفه سینکرونیزه کردن داده ها در میان تحلیل های متفاوت، مدل های فرآیندها و موتور نرم افزار را برعهده دارد. VE-Xplore محیط تصمیم گیری است و به مهندس طراح اجازه می دهد که با مدل های تجهیزات در یک محیط مجازی کار کند. VE-Conductor سازکار کنترلی مهندسی برای کنترل مدل ها و دیگر اطلاعات خواهد بود. با یک استاندارد Open-Source، VE-Open به نرم افزار VE-Suite این امکان داده می شود که مهندس طراح و دیگر متولیان به تمام اطلاعات نیروگاه مجازی دسترسی داشته باشند. هدف اصلی از به کارگیری VE-Suite توانمند کردن کاربران برای به کارگیری اجزای (نیروگاه) و مدل های گرافیکی دوبعدی و سه بعدی آنها برای طراحی قطعات و اجزای جدید در نیروگاه است.
محاسباتی که می باید به دقت در طراحی نیروگاه ها به کار گرفته شوند، مربوط به جریان سیال، انتقال جرم، حرارت و واکنش های شیمیایی اثرگذار بر عملکرد نیروگاه هستند؛ از این رو می توان امیدوار بود که نیروگاه هایی با خروجی گازهای آلاینده نزدیک به صفر، درآینده ای نزدیک تولید شوند.
منبع: مارک برایدین و داگ مک کورکل،

تارعنکبوت ، قوی ترین الیاف موجود در جهان
براساس مجموعه مقالات چاپ شده توسط آکادمی ملی علوم آمریکا ، پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا و ارتش ایالات متحده در مطالعه تار عنکبوت به پیشرفت هایی دست یافته اند . پروتئینی که عنکبوت را قادر می سازد خود را آویزان کند و هم چنین به شکار طعمه کمک می کند نظر دانشمندان را به خود جلب کرده است . ملکول های این پروتئین بسیار کشسان و قوی هستند و به گونه ای طراحی شده اند که بتوان آن ها را کشید . تار عنکبوت را می توان تا سی الی پنجاه درصد طول اولیه اش بدون پاره شدن کشید . این ماده از فولاد محکم تر و از نظر استحکام با الیاف کولار قابل مقایسه است .
برمبنای مجموعه مقالات چاپ شده ، شمار نوشتارهای علمی درزمینه تارعنکبوت در دهه گذشته افزایش قابل توجهی داشته است . این افزایش به علت ویژگی های مکانیکی شگفت انگیز تارعنکبوت است . علاقه به تارعنکبوت در حالی است که مواد زیستی و بیومیمتیک دوزمینه بسیار قابل توجه و روبه روشد درزمینه پژوهش های مواد است .
دلیل توجه ارتش ایالات متحده به این ماده استفاده از آن در ساخت جلیقه های ضد گلوله و محافظ هاست . هدف عمده پژوهش های دانشگاه کالیفرنیا ، درک چگونگی چین خوردن این پروتئین و سازماندهی رشته تار عنکبوت است . پژوهشگران با استفاده از روش میکروسکوپ نیروی اتمی و یک کشنده مولکولی با تصویربرداری و کشش این پروتئین به سرنخ هایی دست یافته اند . این مشاهدات به پژوهشگران کمک می کند تا آن چه را هنگام تشکیل تارعنکبوت در غده تراوش تارعنکبوت رخ می دهد ، شبیه سازی کنند . آن ها دریافته اند که وقتی پروتئین باز می شود به صورت تکه تکه است . درضمن این پروتئین دارای پیوندهایی است که هنگام افزایش بار، باز شده و تغییر شکل می دهند ، این امر از الگویی پیروی می کند که دردیگر پروتئین های تحت بار کشف شده است .
تارعنکبوت دارای بخش های کریستالی و بخش های شبه لاستیکی کشسانی است . پژوهشگران دریافته اند که مولکولهای منفرد دارای هردوبخش هستند .

خلق مواد برتر با تقلید از عنکبوت
پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس ( UCLA ) براین باورند که با مطالعه توانمندی عنکبوت ها در تنیدن تار می توان به راز تولید مواد قوی تر و بهتر پی برد . بنابراظهار نظر توماس هان ، استاد دانشگاه مکانیک و هوا فضا دانشگاه کالیفرنیا و فرانک کو استاد دانشگاه در کسل ، مهندسان می توانند با تقلید از قدرت عنکبوت در تنیدن تار ، فرایند طراحی مواد را بهبود بخشند . به این ترتیب آن ها می توانند کارآیی محصولات گوناگونی را از راکت تنیس گرفته تا بمب افکن استلیث بهبود بخشند . آزمایش های انجام شده توسط پرفسور کو نشان می دهند که تار عنکبوت در برابر تغییر خواص ، فوق العاده مقاوم است و می توان آن را در هوا یا زیر آب تنید .
الیاف تار عنکبوت و ظرافت آن – قطری در حدود 02/0 میکرون – برتری های فراوانی دارند . ویژگی های ذاتی تارعنکبوت برای مهندسان که در حال طراحی مواد برای مشتریان و بازار صنعتی هستند ، بسیار جذاب است . پرفسور هان می گوید : « به طور معمول می توان موادی فوق العاده قوی ساخت ولی با این کار چقرمگی کاهش می یابد . هم چنین می توان موادی با چقرمگی فوق العاده بالا ساخت ولی استحکام کاهش خواهد یافت . ترکیب این دو ویژگی همان گونه که در تار عنکبوت مشاهده می شود ، هدف ماست . »
پرفسور کوکه سال هاست عمر خود را صرف مطالعه الیاف عنکبوت کرده است ، در ژانویه 2002 به دوست و همکار قدیمی خود پرفسور هان در UCLA پیوست تا چند پروژه پژوهشی را رهبری کند . این پروژه ها تحت تأثیر ویژگی های چشمگیر تار عنکبوت تعریف شده اند .
به عنوان مثال پرفسور هان ، یک پلیمر را که با ذرات نانو متری تهیه شده توسط پرفسور ریچارد کانر در دانشکده شیمی دانشگاه کالیفرنیا تقویت می کند تا بتواند یک نانو کامپوزیت قوی تر با کارآیی بهتر بسازد . پرفسور هان با یک پلیمر پایه ( شبیه به ماده بیولوژیکی است که عنکبوت برای تنیدن تارش استفاده می کند ) آغاز کرده و ذرات نانو متری با ویژگی های مشخص را به آن می افزاید تا کامپوزیت هایی با کارآیی های گوناگون بسازد . پرفسور کو می گوید : « یک عنکبوت قدرت فوق العاده ای در تغییر ویژگی های تارش برای کارهای گوناگون دارد . این همان چیزی است که ما به دنبال آن هستیم . »
پرفسور هان توانست با افزودن نانو صفحات گرافیتی ، ماده ای با خواص الکترو مغناطیسی بهتر از جمله رسانایی بالا تهیه کند . این ویژگی در ساخت هواپیما بسیار مهم است . پرفسور هان می گوید : « دیگر نباید نگران امواج الکترو مغناطیس و بارهای الکترو استاتیک که با عملکرد اجزای الکترونیکی تداخل می کنند باشید . » او می افزاید : « اگر رعد و برق به بال هواپیما که با مواد ضعیف ساخته شده است برخورد کند یک سوراخ بزرگ در آن ایجاد می کند . » قابلیت افزایش کارآیی یک کامپوزیت صنایع گوناگون را بهره مند می سازد . پرفسور هان که مدت سی سال است با نیروی دریایی و نیروی هوایی آمریکا کار می کند ، اشاره می کند که محرکی قوی برای به کارگیری مواد با کارآیی بالا در صنایع هوا فضا وجود دارد . کاربردهای فضایی ، ماهواره ها و هواپیماهای استیلث همگی به دقت بالا ، کنترل حرارت ، کنترل سفتی ، پایداری و جذب رادار نیاز دارند . »
اگرچه بکارگیری ذرات میکرونی در طراحی مواد مدت های زیادی است معمول است ، پرفسور هان ذرات نانو متری را برای افزایش کارآیی مواد به کار گرفته است . او می گوید : « هنگام به کارگیری ذرات با اندازه میکرونی استحکام کاهش می یابد ، در حالی که با استفاده از ذرات نانومتری ، کارآیی هایی هم چون ویژگی های الکترو مغناطیسی ماده افزایش می یابند ، بدون این که استحکام آن دچار کاستی شود . »
پرفسور کو می گوید : « فن آوری نانو به ما اجازه می دهد به آن چیزی که تأثیر کوانتومی نامیده می شود ، دست یابیم . » این تأثیر کوانتومی است که علت افزایش کارآیی به صورت فزاینده ، سریع تر شدن واکنش های شیمیایی و حرکت الکترون ها و هدایت بهتر حرارت را توضیح می دهد . در مقیاس نانو ، به علت ریز بودن مواد و چسبندگی اتم ها ماده قوی تر می شود .
در حالی که پرفسور هان آزمایشاتی برای افزایش کارآیی نانو کامپوزیت ها انجام می دهد ، پرفسور کو روی الیاف و نانو کامپوزیت های به شکل الیاف کار می کند . پرفسور کو معتقد است یک وجه مهم تارعنکبوت ، شکل رشته ای آن است . در حالی که یک عنکبوت قادر است دسته ای از تارهای خود را بدون هیچ کوشش قابل ملاحظه ای تولید کند ، انسان باید فرآیندهایی همانند ریسندگی الکترواستاتیک یا الکترو ریسندگی را برای تولید الیاف در مقیاس نانو به کار گیرد .
فرآیند الکترو ریسندگی ، قابلیت ساخت الیافی با قطر کمتر از 100 نانو متر ، 1000 برابر نازک تر از موی انسان را داراست . برای ریسندگی یک پلیمر مایع با دستگاهی شبیه به سوزن روی یک صفحه متصل به زمین ، از بار الکتریکی استفاده می شود . این الیاف فوق العاده ظریف دارای خلل و فرج بسیاری بوده و سطح ویژه بالایی دارند ، از نظر تجاری و علمی نانو الیاف به شدت مورد توجه قرار گرفته اند .
به گفته پرفسور کو یکی از برتری های شکل رشته ای ، قابلیت فرم دهی آن به شکل دلخواه است . یک ورق صلب را نمی توان به هر شکلی در آورد ، در حالی که الیاف را می توان به شکل های هندسی گوناگون شکل دهی کرد .
به دلایل مشابه ، پرفسور هان از ذرات نانو متری برای افزایش ویژگی های یک پلیمر استفاده می کند . پرفسور کو می گوید : « نانو الیاف به جهات مختلف از الیاف میکرونی بهترند . نانو الیاف سطح بیشتری برای کارکردن دارند . هنگامی که شما ماده ای با قطر بسیار کم در اختیار دارید ، سطح زیادی برای واکنش شیمیایی در اختیار دارید . یعنی وقتی ضخامت بسیار کم باشد ، با مقدار ماده مساوی ، قابلیت واکنش ماده با دیگر مواد بهتر است . »
کاربردهای بالقوه مواد ساخته شده با نانو ذرات ، طیف وسیع و شناخته شده ای دارند . این کاربردها عبارتند از کامپیوترهای همراه ، مخازن ذخیره انرژی هیدروژنی و دارو رسانی . حوزه الکتریک نیز تحت تأثیر نانو ذرات قرار گرفته است . سیم ها و لوازم الکترونیک کوچک تر شده اند ولی به لحاظ قدرت و سرعت رشد یافته اند . سازندگان لوازم صنعتی نیز فن آوری نانو را برای ساخت لوازم ورزشی از جمله راکت تنیس به کار می گیرند .
پرفسور کو می گوید : « ممکن است عنکبوت ها هنوز پاسخ های بیشتری برای مهندسان در زمینه ساخت مواد برتر و محصولات بهتر داشته باشند . » پرفسور کو ، تار عنکبوت را یکی از جذاب ترین مواد موجود در طبیعت می داند . به گفته او می توان از عنکبوت ها نکات بیشتری را فرا گرفت و هنوز رازهایی برای حل باقی مانده است .

   این دانشمند ایرانی افزود : در فناوریهای فعلی از ریز امواجی نظیر نور مادون قرمز و نورهای قابل رؤیت برای بررسی متغیرهای جوی استفاده می شود اما برای مشخص کردن میزان رطوبت خاک مناسب نیستند و علت آن نیز این است که جو زمین این نوع امواج را از بین می برد.

   پروفسور انتخابی افزود : اما ریز موجی که در این ماهواره مورد استفاده قرار می دهیم از حساسیت بالایی برای بررسی سطح زمین برخوردار است و در عین حال اتمسفر نیز تأثیری بر آن نمی گذارد.

   رئیس آزمایشگاه Parsons مهندسی و علوم زیست محیطی دپارتمان مهندسی محیط زیست دانشگاه MIT در ادامه به مهر گفت : از سال 2000 میلادی همکاری ما با ناسا شروع شد. این همکاری شامل حضور 14 دانشمند از این آژانس و دانشگاه MIT بود. در ادامه تحقیقات اولیه با هدف پرتاب ماهواره در سال 2009 میلادی آغاز شد.

   وی افزود : ایده ما از میان 20 پروژه پیشنهادی به ناسا برگزیده شده بود اما متأسفانه در سال 2005 ناسا مجبور شد تا به دلیل نگرش گسترده خود به سوی بازگشت به ماه و سفر به مریخ بودجه های تحقیقاتی خود را تعدیل کند و از این رو پروژه این ماهواره نیز به نوعی قربانی آن شد.

   این دانشمند ایرانی افزود : اما در سال بعد از آن بود که آکادمی ملی علوم آمریکا به حمایت از پروژه ما درآمده و به ناسا توصیه کرد که با توجه به تداوم فرآیند گرمایش زمین و اهمیت تحقیقات مربوط به محیط زیست زمین این پروژه تداوم داشته باشد.

   وی افزود : پروژه ساخت این ماهواره اکنون شتاب جدی به خود گرفته و پیش بینی می کنیم تا سال 2012 به مدار زمین پرتاب شود. با توجه به اینکه تنها 4 سال دیگر زمان باقی مانده تلاش تیم تحقیقاتی این پروژه مضاعف شده است.

   پروفسور انتخابی گفت: ماهواره SAMP با بودجه هنگفت 340 میلیون دلاری ساخته می شود. این ماهواره 600 کیلوگرم وزن داشته و از دو بخش راداری و رادیومتری ساخته شده است. این ماهواره همچون چتری در راکت جاسازی شده و پس از پرتاب به فضا باز می شود.

   وی ادامه داد : قرار است این ماهواره در مدار 670 کیلومتری زمین قرار گیرد و SAMP هر 110 دقیقه از قطبهای زمین عبور کرده و هر 2 تا 3 روز نیز تمام سطح زمین را مورد بررسی دقیق قرار می دهد.

   پروفسور انتخابی در خصوص اهمیت بررسی رطوبت خاک گفت: بررسی رطوبت خاک در حکم آچار فرانسه ای برای بررسی دقیق چرخه های کربن، انرژی و آب در سراسر زمین است. رطوبت خاک متغیری است که این سه چرخه را به یکدیگر متصل می کند. این ارتباط از طریق کنترل بر تراوشات گیاهان و تبخیر صورت می گیرد.

   آزمایشگاه پیش رانش جت در پاسادنای کالیفرنیا مرکز فرماندهی این پروژه در ناسا است. در این میان مرکز پرتابهای فضایی گودارد ناسا نیز همکاریهای لازم را با این پروژه و پروفسور انتخابی دارد.

   دارا انتخابی پروفسورموسسه تحقیقاتی آب دپارتمان مهندسی عمران و مهندسی محیط زیست استکهلم ودپارتمان زمین شناسی و هواشناسی و علوم نجومی است که در حدود 20 سال است که در آمریکا به تدریس در دانشگاههای معتبری نظیر MIT مشغول است.